In een brandstofcel vindt de elektrochemische omzetting van een brandstof plaats, waarbij elektriciteit wordt geproduceerd. De cel heeft 2 elektroden. Aan de anode-kant wordt continu een gasvormige brandstof toegevoegd (waterstof), aan de kathode-kant een oxidant (meestal zuurstof uit lucht). Aan de elektroden vindt de elektrochemische reactie plaats. Het spanningsverschil dat hierdoor ontstaat, levert energie via de externe verbinding van de elektroden. De kringloop wordt gesloten door transport van ionen via het elektrolyt.
Een enkele cel levert een spanning van ongeveer 0,7 Volt. Om een hoger vermogen te krijgen, worden een aantal cellen in serie geschakeld in een zogenaamde stack. Naast de stack is randapparatuur nodig om de cel te laten werken. een brandstofprocessor zet brandstoffen om in waterstof van voldoende zuiverheid. Aardgas en stoom worden bijvoorbeeld omgezet in waterstof en kooldioxide.
De processor kan los staan van de stack of erin worden geïntegreerd. Zwavel is taboe in de cel en wordt met absorberende filters verwijderd. Ook de ingaande lucht wordt gezuiverd met filters. Verder maakt een wisselrichter de geproduceerde gelijkstroom geschikt voor het net. Sommige typen stacks hebben waterkoeling nodig.