Le PEMFC a un design encore en vigueur relativement simple. De l'hydrogène gazeux comprimé est tiré dans la pile à combustible où le pôle négatif, appelée anode, est situé. La force de compression du gaz à travers un catalyseur. En passant à travers le revêtement mince de platine du catalyseur, des électrons chargés négativement et d'ions chargés positivement des molécules d'hydrogène sont séparés. Les électrons passent à travers l'anode et se déplacent vers le pôle positif de la pile à combustible, appelée la cathode. Il est le mouvement de ces électrons qui produit de l'électricité. Comme cela se produit, les ions sont attirés vers les molécules d'oxygène qui sont forcés à travers la cathode. Lorsque les molécules d'oxygène se rencontrent avec les électrons et les ions d'hydrogène, de l'eau est créé. L'eau ou la vapeur d'eau est sans danger libérées de la cellule, et est son seul déchet. Une pile à combustible à l'hydrogène seul ne produit qu'une petite quantité de tension. Pour une utilisation dans des véhicules et les foyers électriques, les piles à combustible individuelles sont empilées ensemble et enrobés pour former une unité de fonctionnement plus grande.