事實上，氫燃料電池的曆史非常早。第一塊燃料電池是1845年由英國科學家威廉 · 格羅夫制造的，制造時間是道光二十五年。他證明了在一定條件下，氫和氧的結合會産生電流，就像産生水一樣。
當然，他是站在巨人的肩膀上的。此前70年，卡文迪許就研讨了氫氣加氧氣釀成水的進程；此前50年，尼克爾森（William Nicolson）就研讨了方才水人進程的逆反應，也便是電解水生成氫氣和氧氣。威廉·格羅夫的成就是發現氫和氧不需要火焰就可以制造水，而且在這個過程中會産生電流。
給燃料動力電池的負極材料提供一個氫氣，正極進行提供大量氧氣，然後在正負極相互之間加一層膜。在催化劑的作用下，氫原子外層的電子會遊離出來，變成獨立電子 氫離子。而那層膜是非常特殊的，隻有兩個氫離子結合才可以同時通過，而電子則會被阻擋在膜外。由于存在氫離子實際上我們就是一種質子，所以那層膜也叫“質子交換膜”。前面的論述就有提到說，電子是通不過這層膜的，所以他們會在膜的一邊越聚越多。如果在企業電子産品聚集的地方接一根導線，通到正極，電子就會在工作電壓的驅使下嗖嗖嗖地跑過去。而這，就是提高電池在輸出控制電流。
透過膜的質子與正氧反應生成水并放出熱量。這些都是氫燃料電池的副産品。由于一層膜左右兩側的壓差比較小，通常我們隻有0.5V-1.0V，所以隻要把正負極夾着一層膜的結構可以疊加至幾百層，就能不斷得到發展需要的高電壓。在這個電池裡，是沒有其他任何火焰會呈現的。不過，為了能夠保證研究催化劑的活性，在電動車企業使用的燃料動力電池技術類型中，電池的工作環境溫度在90攝氏度左右。其實，這比很多傳統燃油汽車發動機的溫度要低很多。
這個發展過程中，化學能轉化為一種電能的效率最高可以達到80％，遠比内燃機的40％高得多。當然，還有其他類型的氫燃料電池，不僅僅是質子交換膜，它們有不同的反應物和電解質。
比如航天用燃料電池的電解液就是氫氧化鉀。以熔融矽酸鹽、氧化锆和磷酸為電解質的氫燃料電池都用于發電站。這種用于氫燃料電動汽車的電池是一種相對較晚出現的新型氫燃料電池。
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