Die Prozeßgase Wasserstoff und Sauerstoff werden den beiden Elektroden der Zelle kontinuierlich zugeführt, wobei Wasserstoff an der Anode (Minuspol) und Sauerstoff an der Kathode (Pluspol) zugeführt werden. Der Wasserstoff diffundiert durch die poröse Anode zur sogenannten Dreiphasenzone, welche aus der katalytischen Oberfläche, dem Elektrolyt und Wasserstoff besteht. Hier wird der Wasserstoff durch den Katalysator in Protonen und Elektronen aufgespalten.

Dies läuft nach folgender Gleichung ab

Anode

U0A= 0,0V

Auf dem Weg zur Kathode können nur die Wasserstoffprotonen H+ die Polymermembran passieren. Die Elektronen sind gezwungen über einen äußeren Stromkreis zur Kathode zu fließen. Hier wird dann auch die elektrische Arbeit am Verbraucher verrichtet. An der Kathode diffundiert der Sauerstoff durch die poröse Elektrode. Auch hier findet die Reaktion an der Dreiphasenzone statt. Der Sauerstoff bildet zusammen mit den Wasserstoffionen und den Elektronen Wasser.

Dieser Vorgang wird durch folgende Gleichung beschrieben :

Kathode

U0K= 1,23 V

Der ganze Prozeß wird durch folgende Summenreaktion beschrieben :

Zellgleichung

U0AK = 1,23 V

Durch die Reaktion an den einzelnen Elektroden bilden sich verschieden Spannungspotentiale aus. Die Gesamtspannung einer Brennstoffzelle beträgt somit 1,23 V. Praktisch wird dieser Wert jedoch nicht erreicht, da auch die Brennstoffzelle interne Verluste hat.