燃料电池的工作原理类似于普通电池，将化学能转换为电能，但它具有独特之处。该设备利用燃料（例如氢气）和氧化剂（例如氧气）持续产生直流电，同时也生成水和热能。
燃料电池发电系统的基本组成包括燃料电池（通常为电池堆或多层连接的燃料电池）、燃料和氧化剂供应、负载以及电力调节器。燃料和氧化剂供应以及电力调节装置通常与相关设备一同安装。配套设备包括燃料转化器、热管理子系统和加湿子系统。
燃料电池通常根据所使用的电解质种类来分类。它们包括：质子交换/聚合物电解质膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池等，它们需要的工作温度也各不相同。本期内容将集中介绍质子交换膜燃料电池，这种电池只需要在低温下工作。主要的汽车生产商都在研发这种电池，因为它适用于大规模燃料电池汽车的生产。这种电池也适用于办公室和居民应用。
一个燃料电池发电系统的最基本组成包括燃料电池（最常见的是一个电池堆或多层连接的燃料电池）、燃料和氧化剂的供给、电负载和电力调节器。通常，燃料和氧化剂供应以及电力调节器会与相关设备放在一起。配套设备包括燃料转化器、热管理子系统和加湿子系统。
质子交换膜燃料电池，又称为固体聚合物电解质燃料电池，主要使用一种特殊的聚合物膜，该膜表面涂有高度分散的催化剂颗粒。
质子交换膜燃料电池的组成部分有膜电极组包括聚合物膜、电极和气体扩散层。每个电极基本上都有一层催化剂粒子（通常是铂金沉积在碳载体粉大颗粒的表面），贴在膜上或贴在气体扩散层上。
实际的燃料电池堆可以从有调节阀的压力罐得到氢气，也可以通过处理器加工像天然气这样的富氢燃料间接地得到氢气。以上需要操作燃料电池堆的额外设备统称为配套设备。
