Brandstofcellen zijn elektrochemische toestellen welke een chemische energie van een doorgaande reactie meteen omzetten in een elektrische energie. De chemische energie hoeft dus niet eerst te worden omgezet in een thermische energie en een mechanische energie. Hierdoor zullen er nauwelijks verliezen optreden en de brandstofcel op een zeer efficiënte wijze energie opwekken. In de cel vindt een redoxreactie plaats waardoor een brandstofcel op een batterij of accu lijkt. Er is echter wel een belangrijk verschil tussen een accu of batterij en een brandstofcel namelijk: in een brandstofcel kunnen telkens opnieuw reagentia van buitenaf aan worden gevoerd, terwijl de reagentia die in een batterij of accu op zijn geslagen in een gesloten stelsel zitten.
Waterstof en zuurstof zijn voorbeelden va reagentia die in een brandstofcel kunnen worden gebruikt. Deze stoffen worden afzonderlijk van elkaar naar de brandstofcel toegevoerd. Het waterstof wordt bij de anode en het zuurstof juist bij de kathode aangevoerd. In de brandstofcel worden beide stoffen door middel van een membraan gescheiden. Met een katalysator wordt het waterstof aan de anode gesplitst in een tweetal protonen en twee elektronen. Vervolgens stromen de elektronen door middel van een elektrisch circuit naar de kathode.
Dit vormt de elektrische stroom welke benut kan worden om bijvoorbeeld een elektromotor aan te drijven. De protonen stromen door de elektrolyt naar de kathode. De protonen en elektronen komen bij de kathode weer bij elkaar en reageren er met het zuurstof welke bij de kathode in wordt gevoerd. Bij deze reactie ontstaat water in een gasvorm.