Gorivne ćelije pretvaraju kemijsku energiju u električnu. Po funkciji su slične baterijama, osim što se kemijski reaktanti u gorivim ćelijama mogu nadopuniti kada se potroše. Gorivnu ćeliju obično karakterizira vrsta korištenog elektrolita, radna temperatura i moguće primjene. Većina istraživanja gorivnih ćelija bila je usredotočena na primjenu u automobilima, iako se ona također istražuju za istraživanje svemira.
Važna karakteristika gorivne ćelije je vrsta elektrolita koji se koristi. Elektrolit u gorivnoj ćeliji električno povezuje gorivo i oksidant dok ih drži fizički odvojene. Elektroliti koji se koriste u tehnologiji gorivnih ćelija mogu biti tekući ili čvrsti, što dovodi do različitih dizajnerskih prednosti i izazova.
Koristan način klasifikacije gorivnih ćelija je njihova radna temperatura. Mnogi dizajni, poput gorivih ćelija s čvrstim oksidom, zahtijevaju visoke radne temperature za postizanje visoke energetske učinkovitosti. Reakcije na ovim visokim temperaturama često mogu pretvoriti više unutarnje kemijske energije u električnu, umjesto da izgube mnogo energije kroz otpadnu toplinu. S druge strane, gorive ćelije s nižim radnim temperaturama obično su prijenosnije. Gorivne ćelije članice izmjenjivača polimera (PEMFC) proučavaju se za njihovu obećavajuću primjenu u transportu.
PEMFC-i mogu postići relativno visoku učinkovitost dok rade na temperaturi nižoj od 212 stupnjeva Fahrenheita (100 stupnjeva Celzija). Tako niska radna temperatura omogućuje brzo pokretanje gorivne ćelije. Ova vrsta gorivih ćelija također koristi čvrstu plastičnu foliju kao elektrolit, što čini brtvljenje gorivne ćelije jednostavnijim nego za druge vrste elektrolita. Ova kombinacija značajki učinila je PEMFC idealnim kandidatom za zamjenu automobilskih motora s unutarnjim izgaranjem.
Neki su nagađali da će gorive ćelije na kraju u potpunosti zamijeniti transportne sustave temeljene na benzinu. Gospodarstvo koje se temelji na vodiku, a ne na nafti, moglo bi uživati u nekoliko ključnih prednosti. Prvo, emisije vozila bile bi ograničene na vodenu paru, koja ne predstavlja očitu prijetnju okolišu. Drugo, vozila na vodik mogu se na kraju pokazati snažnijima po jedinici mase goriva. Konačno, opskrba vodikom potencijalno bi mogla biti obnovljivi resurs, za razliku od fosilnih goriva koja nisu obnovljiva.
Alkalne gorive ćelije su tip koji se koristi u istraživanju svemira, uključujući letove Apolla na Mjesec. Kombiniraju vodik i kisik kako bi proizveli električnu energiju, oslobađajući toplinu i vodu u procesu. Kao elektrolit u ovoj vrsti gorivih ćelija koristi se vodena alkalna otopina. Alkalne gorive ćelije uživaju visoku razinu tehnološkog razvoja i mogu imati električnu učinkovitost do 60%. Međutim, cijena ovih gorivnih ćelija spriječila je njihovo široko prihvaćanje u zemaljskim primjenama.