A célula de combustível convencional consiste em uma membrana de troca de prótons revestida por uma fina capa de platina e por um eletrodo feito de papel grafite. A membrana é permeável a gases. O hidrogênio lançado pelo ânodo da membrana ioniza-se em prótons e elétrons, sendo que os prótons passam pela capa da membrana, enquanto os elétrons permanecem do outro lado, conferindo carga negativa à parte da célula que contém o hidrogênio. Durante a migração dos prótons, produz-se uma diferença de potencial (voltagem) entre os dois lados, o que gera uma corrente elétrica. Num outro estágio, os prótons se combinam com os elétrons, produzindo-se água como resíduo. Além de corrente elétrica, é produzido calor durante o processo. Este é o princípio básico da célula de combustível, cujo primeiro modelo conhecido foi desenvolvido pelo inglês William Grove, em 1836. Ele usou eletrodos de platina imersos em ácido sulfúrico e conseguiu produzir 1 volt. No atual modelo padrão da célula de combustível, cada unidade gera 1,23 volt, mas, quando em operação, este nível cai para 0,6 a 0,7 volt. Para se obter uma diferença de potencial de aproximadamente 400 volts, colocam-se 800 células em série. A eletricidade produzida é dada em corrente contínua, e, a fim de se utilizá-la, converte-se a mesma para corrente alternada, que é a mais empregada na maioria dos casos.