Tekoči ali trdni, prevodni material elektrolita omogoča nadzor prehoda elektronov.

Rezervoar neprekinjeno oskrbuje anodo in katodo z gorivom : v primeru vodikove gorivne celice anoda sprejema vodik in kisik katode, z drugimi besedami zrak.
Anoda povzroči oksidacijo goriva in sproščanje elektronov, ki jih ionsko nabit elektrolit prisili, da preidejo skozi zunanje vezje. To zunanje vezje zato ponuja neprekinjen električni tok.

Ioni in elektroni, zbrani v katodi, se nato rekombinirajo z drugim gorivom, običajno kisikom. To je redukcija, proizvodnja vode in toplote poleg električnega toka.
Dokler je baterija dobavljena, deluje neprekinjeno.

Pri anodi imamo torej elektrokemično oksidacijo vodika :

H2 → 2H+ + 2nd-

Pri katodi opazimo zmanjšanje kisika :

1⁄2O2 + 2H+ + 2. → H2O

Celotna bilanca stanja je torej :

H2 + 1/2 O2 → H2O

Gorivne celice s protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC) :
PEMFC uporabljajo polimerno membrano, pogosto Nafion®, kot elektrolit. Delujejo pri relativno nizkih temperaturah (okoli 80-100 ° C) in se zaradi hitrega zagona in visoke gostote moči uporabljajo predvsem v prometu, kot so avtomobili na vodik.

Gorivne celice trdnega oksida (SOFC) :
SOFC uporabljajo trdni elektrolit, kot je cirkonijev oksid, stabiliziran z itrijem (YSZ), in delujejo pri visokih temperaturah (okoli 600-1000 ° C). Učinkoviti so za stacionarno proizvodnjo električne energije in soproizvodnjo zaradi visoke učinkovitosti in nizke občutljivosti na nečistoče goriva.

Visokotemperaturne gorivne celice trdnega oksida (HT-SOFC) :
HT-SOFC so različica SOFC, ki delujejo pri še višjih temperaturah (nad 800 ° C). Ponujajo visoko učinkovitost in jih lahko poganjajo različna goriva, zaradi česar so privlačna možnost za stacionarne aplikacije, ki zahtevajo visoko učinkovitost.

Taljene karbonatne gorivne celice (FCFC) :
MCFC uporabljajo karbonatni elektrolit, ki se spoji pri visokih temperaturah (približno 600-700 ° C). Učinkoviti so za soproizvodnjo in lahko delujejo na goriva, ki vsebujejo ogljikov dioksid, zaradi česar so uporabni za zajemanje in shranjevanje CO2.

Alkalne gorivne celice (AFC) :
CFL uporabljajo alkalni elektrolit, običajno vodno raztopino pepelike ali natrijevega hidroksida. So učinkoviti in poceni, vendar potrebujejo katalizatorje na osnovi platine in najbolje delujejo s čistim vodikom, kar omejuje njihovo uporabo.

Gorivne celice fosforne kisline (PAFC) :
PAFC uporabljajo elektrolit fosforne kisline, ki ga vsebuje membrana polibenzimidazolne kisline. Delujejo pri relativno visokih temperaturah (okoli 150-220 ° C) in se pogosto uporabljajo v stacionarni soproizvodnji in proizvodnji električne energije.

Gorivne celice s protonsko izmenjevalno membrano (PEM) :
PEM gorivne celice so med najpogosteje uporabljenimi, zlasti v transportnih in stacionarnih aplikacijah. Ponujajo visok donos, običajno med 40% in 60%. Vendar pa se ta učinkovitost lahko razlikuje glede na dejavnike, kot so delovna temperatura, vodikov tlak in izgube v sistemu.

Gorivne celice trdnega oksida (SOFC) :
Znano je, da gorivne celice SOFC ponujajo visoko učinkovitost, običajno več kot 50%. Nekatere napredne gorivne celice SOFC lahko dosežejo učinkovitost več kot 60%. Pogosto se uporabljajo v stacionarnih aplikacijah, kjer je visoka učinkovitost bistvenega pomena.

Visokotemperaturne gorivne celice trdnega oksida (HT-SOFC) :
HT-SOFC delujejo pri veliko višjih temperaturah kot običajni SOFC, kar jim omogoča, da dosežejo še večjo učinkovitost, običajno več kot 60%. Te gorivne celice se uporabljajo predvsem v stacionarnih in kogeneracijskih aplikacijah.

Taljene karbonatne gorivne celice (FCFC) :
Gorivne celice MCFC lahko dosežejo visoko učinkovitost, običajno med 50% in 60%. Pogosto se uporabljajo v soproizvodnji, kjer je odpadno toploto mogoče rekuperirati in učinkovito uporabiti.

Čist prevoz :
Gorivne celice se lahko uporabljajo kot vir energije za vozila na gorivne celice (FCV), kot so avtomobili, tovornjaki, avtobusi in vlaki. PCV-ji uporabljajo vodik kot gorivo in proizvajajo električno energijo s kombiniranjem vodika s kisikom iz zraka. Vodo in toploto proizvajajo le kot stranska proizvoda, kar je čista alternativa vozilom z motorjem z notranjim zgorevanjem.

Stacionarna energija :
Gorivne celice se lahko uporabljajo kot stacionarni vir energije za različne aplikacije, vključno z rezervnimi in rezervnimi sistemi, telekomunikacijskimi napravami, oddajniki, baznimi postajami, sistemi za upravljanje energije za poslovne in stanovanjske stavbe ter sistemi za porazdeljeno proizvodnjo električne energije.

Prenosna elektronika :
Gorivne celice lahko napajajo prenosne elektronske naprave, kot so prenosni računalniki, pametni telefoni, tablični računalniki in naprave za merjenje polja. Zaradi visoke energijske gostote in podaljšanega časa delovanja so privlačna rešitev za aplikacije, ki zahtevajo prenosno moč z dolgo življenjsko dobo.

Vojaške aplikacije :
Gorivne celice se lahko uporabljajo v vojaških aplikacijah, kot so droni, vojaška vozila, oprema za nadzor na terenu in komunikacijska oprema ter obrambni sistemi, ki zagotavljajo zanesljivo in diskretno moč v zahtevnih okoljih.

Vesoljske aplikacije :
V vesoljski industriji se gorivne celice uporabljajo za napajanje satelitov, vesoljskih postaj in vesoljskih sond. Zaradi visoke učinkovitosti, zanesljivosti in majhne teže so privlačen vir energije za dolgoročne vesoljske misije.

Industrijske aplikacije :
Gorivne celice se lahko uporabljajo v različnih industrijskih aplikacijah, kot so soproizvodnja, razpršena proizvodnja električne energije, čiščenje odpadnih voda, proizvodnja toplote in električne energije za industrijske procese ter proizvodnja vodika iz obnovljivih virov.