燃料動力電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料動力電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料動力電池是名符其實的把化學能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排除，燃料動力電池就能持續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料動力電池為例來說明燃料動力電池

氫-氧燃料動力電池反應原理這個反應是電解水的逆過程。電極應為：負極：H2+2OH-→2H2O+2e-

正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-

電池反應：H2+1/2O2==H2O

另外，只有燃料動力電池本體還不能工作，必須有一套相應的輔助系統(tǒng)，包括反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

燃料動力電池通常由形成離子導電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的用途是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。

在實用的燃料動力電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過電解質(zhì)與反應相關(guān)的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應中與氫離子（H+）相關(guān)，發(fā)生的反應為：

燃料極：H2==2H++2e-（1）

空氣極：2H++1/2O2+2e-==H2O（2）

全體：H2+1/2O2==H2O（3）

在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應。e-經(jīng)由外部的負荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應。一系例的反應促成了e-不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。并且從上式中的反應式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒有其他的反應，H2所具有的化學能轉(zhuǎn)變成了電能。但實際上，伴隨著電極的反應存在一定的電阻，會引起了部分熱能出現(xiàn)，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例。引起這些反應的一組電池稱為組件，出現(xiàn)的電壓通常低于一伏。因此，為了獲得大的出力需采用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離，采用了稱之為隔板的、上下兩面中備有氣體流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定，電流與電池中的反應面積成比。

PAFC的電解質(zhì)為濃磷酸水溶液，而PEMFC電解質(zhì)為質(zhì)子導電性聚合物系的膜。電極均采用碳的多孔體，為了促進反應，以Pt作為觸媒，燃料氣體中的CO將造成中毒，降低電極性能。為此，在PAFC和PEMFC應用中必須限制燃料氣體中含有的CO量，特別是關(guān)于低溫工作的PEMFC更應嚴格地加以限制。

磷酸燃料動力電池的基本組成和反應原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后送到改質(zhì)器，把燃料轉(zhuǎn)化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應器中經(jīng)觸媒劑轉(zhuǎn)化成H2和CO2。經(jīng)過如此處理后的燃料氣體進入燃料堆的負極(燃料極)，同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學反應，借助觸媒劑的用途迅速出現(xiàn)電能和熱能。

相對PAFC和PEMFC，高溫型燃料動力電池MCFC和SOFC則不要觸媒，以CO為重要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應用，而且還具有易于利用其高質(zhì)量排氣構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等特點。