Hydro phân tử (H2) được đẩy vào cực dương, xuyên qua chất xúc tác bởi sức ép, H2 phân ra thành hai ion H+ và hai điện tử. Điện tử được dẫn qua cực dương, xuyên qua mạch điện ngoài tạo ra dòng diện và trở lại cực âm của pin nhiên liệu.
Cùng một lúc, oxy phân tử (O2) vào cực âm bằng sức ép xuyên qua chất xúc tác tạo ra hai nguyên tử oxy. Mỗi một nguyên tử có sức mạnh thu hút hai ion H+ xuyên qua mạng tác nhân, kết hợp nhau thành một phân tử nước (H2O).
Trong quá trình tái tạo phân tử nước sinh ra nhiệt và dòng điện khoảng 0,7V. Để đưa dòng điện đến mức hữu dụng, nhiều pin nhiên liệu được kết hợp với nhau thành một chùm pin nhiêu liệu.
