在火力发电设备中，燃料燃烧使水变成水蒸气，带动蒸气轮机，再带动发电机，即化学能依次变成热能、机械能，最后变成电能。在能量转化中会有损耗。所以在火力发电中，化学能的利用率只有30～40％。在燃料电池中，燃料的化学能直接转化成电能。正极和负极都用惰性材料（如铁、氧化铁、多孔炭、多孔镍等）制成。负极方面连续送入煤气、发生炉煤气、水煤气、氢气、甲烷和其他碳氢化合物等可燃性物质。正极方面连续送入空气或氧气。电解质可用碱（如氢氧化钾）的水溶液或熔融的碳酸盐或金属氧化物（如碳酸钾、氧化镁，后者在使用时会转化成碳酸盐）。化学能的利用率高，可达70％左右。下面以氢氧燃料电池为例说明。氢氧燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，多孔性碳制成正、负极材料，30％的氢氧化钾溶液作为电解质。负极上吸附氢气，正极上吸附氧气。电池工作时，负极上的氢释出电子，发生氧化反应，正极上的氧得到电子，发生还原反应。这跟氢气在氧气中燃烧一样，但没有火焰，也不放出热量，而产生电流。燃料电池消耗燃料，可以节约金属资源（跟其他电池比）。在燃料电池中，电极上的气体分子必须先分解成原子，再在两极上发生氧化还原反应，在上述分解中需要特殊的、价格昂贵的催化剂，所以目前尚不易普及，仅用于人造卫星、太空站等高科技领域。