Elektrokemijski proces je kemijska reakcija koja ili uzrokuje ili je uzrokovana kretanjem električne struje. Ovi procesi su vrsta oksidacijsko-redukcione reakcije u kojoj jedan atom ili molekula gubi elektron u odnosu na drugi atom ili molekulu. U elektrokemijskim reakcijama, atomi ili molekule u reakciji relativno su udaljeni jedan od drugog u usporedbi s drugim reakcijama, tjerajući elektrone koji se prenose da putuju veću udaljenost i na taj način proizvode električnu struju. Mnogi prirodni fenomeni temelje se na elektrokemijskim procesima, kao što su korozija metala, sposobnost nekih morskih bića da stvaraju električna polja i rad živčanog sustava ljudi i drugih životinja. Oni također igraju važnu ulogu u suvremenoj tehnologiji, najistaknutije u skladištenju električne energije u baterijama, a elektrokemijski proces nazvan elektroliza važan je u suvremenoj industriji.
Aktivnosti živčanog sustava, od jednostavnih reakcija i instinktivnih ponašanja čak i kod primitivnih životinja do složenih sposobnosti učenja i rasuđivanja ljudskih bića, ovise o elektrokemijskim procesima. Neuroni koriste elektrokemijske procese za prijenos informacija kroz živčani sustav, dopuštajući živčanom sustavu da komunicira sam sa sobom i s ostatkom tijela. Za slanje signala, kemijski procesi u neuronu generiraju električni impuls koji se šalje kroz izduženu strukturu zvanu akson dok ne dođe do sinapse, točke kontakta između neurona i susjednih stanica. U sinapsi, električna energija uzrokuje oslobađanje kemikalija zvanih neurotransmiteri, koji prelaze sinapsu do stanice kojoj se signalizira. Neurotransmiteri se zatim kemijski vežu sa strukturama zvanim receptori na ciljnoj stanici, pokrećući daljnje biokemijske procese unutar nje.
Sposobnost riba kao što su električne jegulje, promatrači zvijezda i torpedne zrake da proizvode električna polja rezultat je elektrokemijskog procesa. Električne ribe posjeduju specijalizirane stanice zvane elektrociti. Transportni proteini vežu se s pozitivnim ionima kalija i natrija u stanici i odvode ih, stvarajući električni naboj u stanici. Kada je ta električna energija potrebna, dio živčanog sustava koji se zove medularna zapovjedna jezgra šalje električni impuls drugim živčanim stanicama, što pokreće oslobađanje neurotransmitera acetilkolina. Neurotransmiter se veže za acetilkolinske receptore elektrocita, što pokreće oslobađanje naboja elektrocita.
Električne baterije koriste elektrokemijske procese za pohranu i oslobađanje električne energije. Kemijske reakcije unutar električnih ćelija koje čine bateriju stvaraju razliku u naboju između dvije polovice svake ćelije, proizvodeći električnu struju. Punjive baterije proizvode električnu energiju s kemijskim reakcijama koje su reverzibilne, pa se mogu vratiti u izvornu kemijsku konfiguraciju ako se električna energija primjenjuje iz vanjskog izvora. Reakcije u baterijama koje se ne mogu puniti nemaju ovu kvalitetu, iako obično proizvode više električne energije nego što punjiva baterija može dati u jednom punjenju.
U baterijama se koriste različite kemijske reakcije. Nikl-kadmijeve baterije, koje se obično koriste u svjetlima i kućanskim aparatima, temelje se na odvojenim reakcijama kadmija i nikla s alkalnom, obično otopinom kalijevog hidroksida (KOH), i vodom. Nikl-metal hidridne baterije su slične, ali zamijenite kadmij intermetalnim spojem napravljenim od mangana, aluminija ili kobalta pomiješanog s rijetkim zemnim metalima kao što su prazeodim, lantan i cerij. Litijeve baterije mogu koristiti različite reakcije koje uključuju litijeve spojeve, a najčešći tip koristi mangan dioksid (MnO2) i otopinu litijevog perklorata (LiClO4), dimetoksietana (C4H10O2) i propilen karbonata (C4H6O3).
Elektroliza je elektrokemijski proces u kojem se električna struja koristi za pokretanje kemijskih reakcija u tvari koja sadrži slobodne ione, koja se naziva elektrolit. Elektrolit se ili topi ili otopi u otapalu, a dvije elektrode, nazvane anoda i katoda, su uronjene u njega. Kada se između elektroda primijeni električni potencijal, električna energija počinje teći između njih, a svaka elektroda počinje privlačiti ione s suprotnim od vlastitog naboja. Ioni dobivaju ili gube elektrone na elektrodama, uzrokujući oksidaciju molekula u blizini anode i redukciju onih u blizini katode. Elektroliza se koristi u mnogim područjima industrijskih procesa, uključujući metalurgiju, proizvodnju kemikalija kao što su kalijev klorat i (KClO3) trifluoroctena kiselina (C2HF3O2), te ekstrakciju visoko reaktivnih elemenata koji se ne nalaze u svom elementarnom obliku u prirodi, kao npr. kao natrij i magnezij.