Bei der Wasser-Elektrolyse wird unter der Zufuhr von elektrischer Energie, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt.
Das Wasser wird hierbei mit dem flüssigen Elektrolyten von unten zugeführt. An der rechten Elektrode, der Kathode, werden in einer katalytischen Reaktion zwei Moleküle Wasserstoff (H2) freigesetzt, die als Gas entweichen. Hierbei werden Elektronen (-) aufgenommen. Zusätzlich entstehen Hydroxid-Ionen (OH–), die durch den Elektrolyten zur linken Elektrode wandern. An dieser Elektrode, der Anode, erfolgt die zweite katalytische Reaktion, bei der die Hydroxid-Ionen aufgenommen und 1 Molekül Sauerstoff (O2) als Gas freigesetzt wird. Zudem entstehen Elektronen und Wasser, die wiederum zur Kathode wandern. Über die Stromquelle wird letztlich der Fluss der Elektronen und damit der elektrische Stromkreis geschlossen.
Bei der PEM -Technologie (PEM = Polymer Electrolyt Membrane), gibt es keinen mobilen Elektrolyten. Stattdessen trennt eine Protonen leitende Membran Anode und Kathode. Hierbei wandern H+–Ionen durch die Membran.