电池工作的基础是两个化学反应（氧化反应和还原反应）之间的电子交换。电池与其他氧化/还原反应（例如生锈过程等）的关键区别在于其氧化和还原反应在物理上是分开的。当反应在物理上分开时，可以在两个反应之间插入负载。两个电池之间的电化学电位差对应于电池驱动负载的电压，两个反应之间的电子交换对应于通过负载的电流。电池的组件如下图所示，由用于还原和氧化反应的电极和电解质组成，这是一种在还原和氧化反应之间转移电子的方法（通常是通过连接到每个电极）以及在两个反应之间交换带电离子的装置。
电池示意图，其中 (a) 还原和氧化反应的电解质不同，(b) 两个反应的电解质相同。
决定电池许多基本性能的关键部件是用于氧化和还原反应的电极和电解质的材料。电极是氧化还原反应核心（电子转移）发生的物理位置。在许多电池系统中，包括铅酸电池和碱性电池，电极不仅是发生电子转移的地方，而且还是使用或产生电子的化学反应的一个组成部分。然而，在其他电池系统（例如燃料电池）中，电极材料本身是惰性的，并且只是电子从一种反应物转移到另一种反应物的场所。对于放电电池来说，发生氧化反应的电极称为阳极，根据定义具有正电压，发生还原反应的电极称为阴极，具有负电压。
单独的电极不足以发生氧化还原反应，因为氧化还原反应涉及多个单一组分的相互作用。反应的其他化学成分包含在电解质中。对于许多实际的电池系统，电解质是水溶液。使用水溶液的原因之一是电极以氧化或还原形式存在于水溶液中。此外，重要的是电解质中的化学物质是可移动的，以便它们可以移动到电极上发生化学反应的位置，并且还使得离子物质可以从一个电极移动到另一电极。
电池中的电流是由电子从一个电极转移到另一个电极而产生的。在放电期间，阳极处的氧化反应产生电子，而阴极处的还原反应利用这些电子，因此在放电期间，电子从阳极流向阴极。氧化还原反应中产生或使用的电子可以通过传统的电连接（例如连接到阳极和阴极的电线）轻松地在电极之间传输。然而，与传统电路不同，电子并不是电路中唯一的电荷载体。电子从阳极行进到阴极，但不会从阴极返回阳极。相反，电中性是通过电解质中离子的运动来维持的。如果每个氧化还原反应具有不同的电解质，则盐桥会连接两种电解质溶液。离子运动的方向起到防止阳极或阴极处电荷积聚的作用。在大多数实际的电池系统中，阳极和阴极使用相同的电解质，并且离子传输可以通过电解质本身进行，从而消除了对盐桥的需要。然而，在这种情况下，也需在阳极和阴极之间插入隔板。隔板可防止阳极和阴极彼此物理接触，因为它们通常彼此非常接近，如果它们接触，就会使电池短路，因为电子可以直接传输而无需流过外部电路和负载。
构成特定电池系统的氧化还原反应定义了有关电池系统的许多基本参数。其他关键电池特性，包括电池容量、充电/放电性能和其他实际考虑因素，也受到电池物理配置的影响，例如电池中材料的量或电极的几何形状。以下几页描述了电池特性——电压行为、电池效率、电池非理想状态（自放电、电池容量退化等）——如何取决于氧化还原反应的运行和电池配置。