O oxigênio gasoso (o comburente) penetra através da estrutura porosa do ânodo, dissolvese no eletrólito e reage nos sítios ativos da superfície do eletrodo, liberando elétrons que reduzem o gás hidrogênio, chegando ao cátodo por meio do circuito externo e ali participam da reação de oxidação do oxigênio. Os H⁺ formados no cátodo são transportados ao ânodo, onde reagem formando o produto da reação global da célula a combustível: água

O hidrogênio gasoso (o combustível) penetra através da estrutura porosa do ânodo, dissolvese no eletrólito e reage nos sítios ativos da superfície do eletrodo, liberando elétrons e formando prótons (H⁺). Os elétrons liberados na oxidação do hidrogênio chegam ao cátodo por meio do circuito externo e ali participam da reação de redução do oxigênio. Os prótons formados no ânodo são transportados ao cátodo, onde reagem formando o produto da reação global da célula a combustível: água

A água formada pelos gases hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂) sofre decomposição por meio da estrutura porosa dos eletrodos presentes no ânodo e no cátodo. Ela reage nos sítios ativos da superfície destes eletrodos, liberando energia térmica (calor) para a movimentação de veículos, por exemplo 

A reação que ocorre na célula a combustível é uma reação de oxidação-redução, sendo que no ânodo ocorre o ganho de elétrons (redução do gás hidrogênio) e a reação que ocorre no cátodo envolve a perda de elétrons (oxidação do gás oxigênio), usualmente presente no ar atmosférico