在火力發電設備中，燃料燃燒使水變成水蒸氣，帶動蒸氣輪機，再帶動發電機，即化學能依次變成熱能、機械能，最后變成電能。在能量轉化中會有損耗。所以在火力發電中，化學能的利用率只有30～40％。在燃料電池中，燃料的化學能直接轉化成電能。正極和負極都用惰性材料（如鐵、氧化鐵、多孔炭、多孔鎳等）制成。負極方面連續送入煤氣、發生爐煤氣、水煤氣、氫氣、甲烷和其他碳氫化合物等可燃性物質。正極方面連續送入空氣或氧氣。電解質可用堿（如氫氧化鉀）的水溶液或熔融的碳酸鹽或金屬氧化物（如碳酸鉀、氧化鎂，后者在使用時會轉化成碳酸鹽）。化學能的利用率高，可達70％左右。下面以氫氧燃料電池為例說明。氫氧燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，多孔性碳制成正、負極材料，30％的氫氧化鉀溶液作為電解質。負極上吸附氫氣，正極上吸附氧氣。電池工作時，負極上的氫釋出電子，發生氧化反應，正極上的氧得到電子，發生還原反應。這跟氫氣在氧氣中燃燒一樣，但沒有火焰，也不放出熱量，而產生電流。燃料電池消耗燃料，可以節約金屬資源（跟其他電池比）。在燃料電池中，電極上的氣體分子必須先分解成原子，再在兩極上發生氧化還原反應，在上述分解中需要特殊的、價格昂貴的催化劑，所以目前尚不易普及，僅用于人造衛星、太空站等高科技領域。