Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden, die durch ein Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt sind. Dieses Elektrolyt kann je nach Brennstoffzellentyp unterschiedlicher Zusammensetzung und Konsistenz (fest oder flüssig) sein. Die Anode ist mit dem Brennstoff umspült (z.B. Wasserstoff, Methan, Methanol), der dort oxidiert wird. Die Kathode ist mit dem Oxidationsmittel umspült (z. B. Sauerstoff, Luft) das dort reduziert wird.

Für die Zuführung der Reaktanden wird eine Verteilerstruktur benötigt die in die Bipolarplatte eingearbeitet ist. Die Elektrodenplatten/Bipolarplatten bestehen meist aus Metall welches zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit meist noch beschichtet ist oder aus gepressten Kohlenstoffplatten. Um die Reaktion in Gang zu setzen sind diese oder das Elektrolyt mit einem Katalysator beschichtet, zum Beispiel Platin oder Palladium. Als Elektrolyten können beispielsweise gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen, Keramiken oder Membrane dienen.

Die gelieferte Spannung liegt theoretisch bei 1,23 Volt für die Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle bei einer Temperatur von 25 °C. In der Praxis werden jedoch Spannungen von 0,5 bis 1V erreicht. Die Spannung ist vom Brennstoff, von der Qualität der Zelle und von der Temperatur abhängig. Um eine höhere Spannung zu erhalten, werden mehrere Zellen zu einem Stapel in Reihe geschaltet. Unter Last d.h. bei Erhöhung des Stroms bewirken die chemischen und elektrischen Prozesse ein Absinken der Zellspannung.