在化学电池中，化学能直接转化为电能是电池内氧化、还原等自发化学反应的结果，这些反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由具有负电位且在电解液中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅、氢等活性金属或碳氢化合物。
活性物质由具有正电位且在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物、氧气或空气体、卤素及其盐、含氧酸及其盐等。电解质是具有良好离子导电性的物质，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液，熔盐或固体电解质等。
当外电路断开时，虽然两极有电位差(开路电压)，但没有电流，电池中储存的化学能没有转化为电能。当外电路闭合时，在两电极间电位差的作用下，电流流过外电路。
同时，在电池中，由于电解液中没有自由电子，电荷的转移必然伴随着双极活性物质与电解液界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的材料迁移。电解质中的电荷转移也是通过离子迁移来完成的。
因此，电池中正常的电荷转移和物质转移过程是保证电能正常输出的必要条件。充电时，电池内部的电和传质过程方向正好与放电方向相反；电极反应必须是可逆的，以保证相反方向的传质和电转移的正常过程。
因此，可逆电极反应是形成电池的必要条件。g是吉布斯反应自由能增量(焦)；f法拉第常数=96500库= 26.8 A & middot小时；n是细胞反应的当量数。这是电池电动势与电池反应的基本热力学关系，也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程。
