Vodivý materiál elektrolytu, kapalný nebo pevný, umožňuje řídit průchod elektronů.

Nádrž nepřetržitě zásobuje anodu a katodu palivem : v případě vodíkového palivového článku anoda přijímá vodík a katoda kyslík, jinými slovy vzduch.
Anoda způsobuje oxidaci paliva a uvolňování elektronů, které jsou nuceny iontově nabitým elektrolytem procházet vnějším obvodem. Tento vnější obvod proto nabízí nepřetržitý elektrický proud.

Ionty a elektrony shromážděné v katodě se pak rekombinují s druhým palivem, obvykle kyslíkem. Jedná se o redukci, která kromě elektrického proudu generuje vodu a teplo.
Dokud je baterie napájena, běží nepřetržitě.

Na anodě tedy dochází k elektrochemické oxidaci vodíku :

H2 → 2H+ + 2.-

Na katodě je pozorována redukce kyslíku :

1⁄2O2 + 2H+ + 2nd- → H2O

Celková rozvaha je tedy :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Palivové články s protonovou výměnnou membránou (PEMFC) :
PEMFC používají jako elektrolyt polymerní membránu, často Nafion®. Pracují při relativně nízkých teplotách (kolem 80–100 °C) a díky rychlému startu a vysoké hustotě výkonu se používají hlavně v dopravních aplikacích, jako jsou vodíková auta.

Palivové články na tuhý oxid (SOFC) :
SOFC používají pevný elektrolyt, jako je oxid zirkoničitý stabilizovaný yttrií (YSZ), a pracují při vysokých teplotách (kolem 600-1000 °C). Jsou účinné pro stacionární výrobu energie a kogeneraci díky své vysoké účinnosti a nízké citlivosti na nečistoty z paliva.

Vysokoteplotní palivové články na bázi pevných oxidů (HT-SOFC) :
HT-SOFC jsou variantou SOFC, které pracují při ještě vyšších teplotách (nad 800 °C). Nabízejí vysokou účinnost a mohou být poháněny různými palivy, což z nich činí atraktivní volbu pro stacionární aplikace vyžadující vysokou účinnost.

Uhličitanové palivové články s pojistkou (FCFC) :
MCFC používají uhličitanový elektrolyt, který se taví při vysokých teplotách (asi 600-700 °C). Jsou účinné pro kogeneraci a mohou být poháněny palivy obsahujícími oxid uhličitý, takže jsou užitečné pro zachycování a ukládání CO2.

Alkalické palivové články (AFC) :
CFL používají alkalický elektrolyt, obvykle vodný roztok potaše nebo hydroxidu sodného. Jsou účinné a levné, ale vyžadují katalyzátory na bázi platiny a nejlépe fungují s čistým vodíkem, což omezuje jejich použití.

Palivové články s kyselinou fosforečnou (PAFC) :
PAFC používají elektrolyt kyseliny fosforečné obsažený v membráně kyseliny polybenzimidazolové. Pracují při relativně vysokých teplotách (kolem 150-220 °C) a často se používají ve stacionárních aplikacích pro kogeneraci a výrobu energie.

Palivové články s protonovou výměnnou membránou (PEM) :
Palivové články PEM patří mezi nejčastěji používané, zejména v dopravních a stacionárních aplikacích. Nabízejí vysokou návratnost, obvykle mezi 40 % a 60 %. Tato účinnost se však může lišit v závislosti na faktorech, jako je provozní teplota, tlak vodíku a ztráty v systému.

Palivové články na tuhý oxid (SOFC) :
O palivových článcích SOFC je známo, že nabízejí vysokou účinnost, obvykle přesahující 50 %. Některé pokročilé palivové články SOFC mohou dosáhnout účinnosti více než 60 %. Často se používají ve stacionárních aplikacích, kde je nezbytná vysoká účinnost.

Vysokoteplotní palivové články na bázi pevných oxidů (HT-SOFC) :
HT-SOFC pracují při mnohem vyšších teplotách než konvenční SOFC, což jim umožňuje dosáhnout ještě vyšší účinnosti, obvykle přesahující 60 %. Tyto palivové články se používají především ve stacionárních a kogeneračních aplikacích.

Uhličitanové palivové články s pojistkou (FCFC) :
Palivové články MCFC mohou dosáhnout vysoké účinnosti, obvykle mezi 50 % a 60 %. Často se používají v kogeneračních aplikacích, kde lze odpadní teplo rekuperovat a efektivně využívat.

Čistá doprava :
Palivové články lze použít jako zdroj energie pro vozidla s palivovými články (FCV), jako jsou osobní automobily, nákladní automobily, autobusy a vlaky. PCV využívají vodík jako palivo a vyrábějí elektřinu spojením vodíku s kyslíkem ze vzduchu. Jako vedlejší produkty generují pouze vodu a teplo, což představuje čistou alternativu k vozidlům se spalovacím motorem.

Stacionární energie :
Palivové články lze použít jako stacionární zdroj energie pro různé aplikace, včetně záložních a záložních systémů, telekomunikačních zařízení, mobilních věží, základnových stanic, systémů řízení energie pro komerční a obytné budovy a distribuovaných systémů výroby energie.

Přenosná elektronika :
Palivové články mohou napájet přenosná elektronická zařízení, jako jsou notebooky, chytré telefony, tablety a zařízení pro měření v terénu. Jejich vysoká hustota energie a prodloužená doba chodu z nich činí atraktivní řešení pro aplikace, které vyžadují přenosnou energii s dlouhou životností.

Vojenské aplikace :
Palivové články lze použít ve vojenských aplikacích, jako jsou drony, vojenská vozidla, polní sledovací a komunikační zařízení a obranné systémy, které poskytují spolehlivé a diskrétní napájení v náročných prostředích.

Kosmické aplikace :
V kosmickém průmyslu se palivové články používají k napájení satelitů, vesmírných stanic a vesmírných sond. Jejich vysoká účinnost, spolehlivost a nízká hmotnost z nich činí atraktivní zdroj energie pro dlouhodobé vesmírné mise.

Průmyslové aplikace :
Palivové články lze použít v různých průmyslových aplikacích, jako je kogenerace, distribuovaná výroba energie, čištění odpadních vod, výroba tepla a elektřiny pro průmyslové procesy a výroba vodíku z obnovitelných zdrojů.