燃料電池的工作原理類似於普通電池，將化學能轉換為電能，但它具有獨特之處。該裝置利用燃料（例如氫氣）和氧化劑（例如氧氣）持續產生直流電，同時也生成水和熱能。
燃料電池發電系統的基本組成包括燃料電池（通常為電池堆或多層連線的燃料電池）、燃料和氧化劑供應、負載以及電力調節器。燃料和氧化劑供應以及電力調節裝置通常與相關裝置一同安裝。配套裝置包括燃料轉化器、熱管理子系統和加濕子系統。
燃料電池通常根據所使用的電解質種類來分類。它們包括：質子交換/聚合物電解質膜燃料電池、直接甲醇燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池等，它們需要的工作溫度也各不相同。本期內容將集中介紹質子交換膜燃料電池，這種電池只需要在低溫下工作。主要的汽車生產商都在研發這種電池，因為它適用於大規模燃料電池汽車的生產。這種電池也適用於辦公室和居民套用。
一個燃料電池發電系統的最基本組成包括燃料電池（最常見的是一個電池堆或多層連線的燃料電池）、燃料和氧化劑的供給、電負載和電力調節器。通常，燃料和氧化劑供應以及電力調節器會與相關裝置放在一起。配套裝置包括燃料轉化器、熱管理子系統和加濕子系統。
質子交換膜燃料電池，又稱為固體聚合物電解質燃料電池，主要使用一種特殊的聚合物膜，該膜表面塗有高度分散的催化劑顆粒。
質子交換膜燃料電池的組成部份有膜電極組包括聚合物膜、電極和瓦斯擴散層。每個電極基本上都有一層催化劑粒子（通常是鉑金沈積在碳載體粉大顆粒的表面），貼在膜上或貼在瓦斯擴散層上。
實際的燃料電池堆可以從有調節閥的壓力罐得到氫氣，也可以透過處理器加工像天然氣這樣的富氫燃料間接地得到氫氣。以上需要操作燃料電池堆的額外裝置統稱為配套裝置。
