Kvapalný alebo pevný, vodivý materiál elektrolytu umožňuje kontrolovať prechod elektrónov.

Nádrž nepretržite dodáva anóde a katóde palivo : v prípade vodíkového palivového článku anóda prijíma vodík a katódový kyslík, inými slovami vzduch.
Anóda spôsobuje oxidáciu paliva a uvoľňovanie elektrónov, ktoré sú nútené elektrolytom nabitým iónom prejsť vonkajším obvodom. Tento externý obvod preto ponúka nepretržitý elektrický prúd.

Ióny a elektróny, zhromaždené v katóde, sa potom rekombinujú s druhým palivom, zvyčajne kyslíkom. Ide o redukciu, výrobu vody a tepla okrem elektrického prúdu.
Pokiaľ je dodaná, batéria beží nepretržite.

Na anóde teda dochádza k elektrochemickej oxidácii vodíka :

H2 → 2H+ + 2. miesto-

Na katóde sa pozoruje redukcia kyslíka :

1⁄2O2 + 2H+ + 2.- → H2O

Celková súvaha je potom :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Palivové články s protónovou výmennou membránou (PEMFC) :
PEMFC používajú ako elektrolyt polymérnu membránu, často Nafión®. Pracujú pri relatívne nízkych teplotách (okolo 80 – 100 °C) a vďaka svojmu rýchlemu štartu a vysokej hustote výkonu sa používajú hlavne v dopravných aplikáciách, ako sú vodíkové automobily.

Palivové články s tuhými oxidmi (SOFC) :
SOFC používajú pevný elektrolyt, ako je ytriom stabilizovaný oxid zirkoničitý (YSZ), a pracujú pri vysokých teplotách (okolo 600-1000 ° C). Sú účinné pre stacionárnu výrobu energie a kogeneráciu vďaka svojej vysokej účinnosti a nízkej citlivosti na palivové nečistoty.

Vysokoteplotné palivové články s tuhými oxidmi (HT-SOFC) :
HT-SOFC sú variantom SOFC, ktoré pracujú pri ešte vyšších teplotách (nad 800 ° C). Ponúkajú vysokú účinnosť a môžu byť poháňané rôznymi palivami, čo z nich robí atraktívnu voľbu pre stacionárne aplikácie vyžadujúce vysokú účinnosť.

Tavené uhličitanové palivové články (FCFC) :
MCFC používajú uhličitanový elektrolyt, ktorý sa taví pri vysokých teplotách (približne 600 – 700 °C). Sú účinné pre kogeneráciu a môžu fungovať na palivá obsahujúce oxid uhličitý, vďaka čomu sú užitočné na zachytávanie a ukladanie CO2.

Alkalické palivové články (AFC) :
CFL používajú alkalický elektrolyt, zvyčajne vodný roztok potaše alebo hydroxidu sodného. Sú účinné a lacné, ale vyžadujú katalyzátory na báze platiny a najlepšie fungujú s čistým vodíkom, čo obmedzuje ich aplikácie.

Palivové články kyseliny fosforečnej (PAFC) :
PAFC používajú elektrolyt kyseliny fosforečnej obsiahnutý v membráne kyseliny polybenzimidazolovej. Pracujú pri relatívne vysokých teplotách (okolo 150 – 220 °C) a často sa používajú v stacionárnej kogenerácii a aplikáciách výroby energie.

Palivové články s protónovou výmennou membránou (PEM) :
PEM palivové články patria medzi najčastejšie používané, najmä v doprave a stacionárnych aplikáciách. Ponúkajú vysokú návratnosť, zvyčajne medzi 40% a 60%. Táto účinnosť sa však môže líšiť v závislosti od faktorov, ako je prevádzková teplota, tlak vodíka a straty v systéme.

Palivové články s tuhými oxidmi (SOFC) :
Je známe, že palivové články SOFC ponúkajú vysokú účinnosť, zvyčajne presahujúcu 50%. Niektoré pokročilé palivové články SOFC môžu dosiahnuť účinnosť viac ako 60%. Často sa používajú v stacionárnych aplikáciách, kde je nevyhnutná vysoká účinnosť.

Vysokoteplotné palivové články s tuhými oxidmi (HT-SOFC) :
HT-SOFC pracujú pri oveľa vyšších teplotách ako bežné SOFC, čo im umožňuje dosiahnuť ešte vyššiu účinnosť, zvyčajne presahujúcu 60%. Tieto palivové články sa používajú hlavne v stacionárnych a kogeneračných aplikáciách.

Tavené uhličitanové palivové články (FCFC) :
Palivové články MCFC môžu dosiahnuť vysokú účinnosť, zvyčajne medzi 50% a 60%. Často sa používajú v kogeneračných aplikáciách, kde je možné odpadové teplo rekuperovať a efektívne využívať.

Ekologická doprava :
Palivové články sa môžu používať ako zdroj energie pre vozidlá s palivovými článkami (FCV), ako sú osobné automobily, nákladné vozidlá, autobusy a vlaky. PCV používajú vodík ako palivo a vyrábajú elektrickú energiu kombináciou vodíka s kyslíkom zo vzduchu. Vodu a teplo vyrábajú len ako vedľajšie produkty, čím poskytujú čistú alternatívu k vozidlám so spaľovacím motorom.

Stacionárna energia :
Palivové články sa môžu používať ako stacionárny zdroj energie pre rôzne aplikácie vrátane záložných a záložných systémov, telekomunikačných zariadení, bunkových veží, základňových staníc, systémov energetického manažmentu pre komerčné a obytné budovy a systémov distribuovanej výroby energie.

Prenosná elektronika :
Palivové články môžu napájať prenosné elektronické zariadenia, ako sú notebooky, smartfóny, tablety a meracie zariadenia v teréne. Ich vysoká energetická hustota a dlhšia prevádzková doba z nich robia atraktívne riešenie pre aplikácie, ktoré vyžadujú prenosnú energiu s dlhou životnosťou.

Vojenské aplikácie :
Palivové články môžu byť použité vo vojenských aplikáciách, ako sú drony, vojenské vozidlá, zariadenia na sledovanie v teréne a komunikačné zariadenia a obranné systémy, ktoré poskytujú spoľahlivú a diskrétnu energiu v náročných prostrediach.

Vesmírne aplikácie :
Vo vesmírnom priemysle sa palivové články používajú na napájanie satelitov, vesmírnych staníc a vesmírnych sond. Ich vysoká účinnosť, spoľahlivosť a nízka hmotnosť z nich robia atraktívny zdroj energie pre dlhodobé vesmírne misie.

Priemyselné aplikácie :
Palivové články sa môžu používať v rôznych priemyselných aplikáciách, ako je kogenerácia, distribuovaná výroba energie, čistenie odpadových vôd, výroba tepla a elektrickej energie pre priemyselné procesy a výroba vodíka z obnoviteľných zdrojov.