質子交換膜燃料電池，也被稱作聚合物電解質燃料電池。該類型的燃料電池主要依賴一種特殊的聚合物膜，在它表面塗有高分散的催化劑顆粒，這種工藝被稱作CCM。
PEMFC的結構組成，主要由質子交換膜（電解質），催化劑層、氣體擴散層和雙極板等核心部件組成。氣體擴散層、催化劑層和聚合物電解質膜透過熱壓過程製備得到膜電極組件（MEA）。中間的質子交換膜起到了傳導質子（H+）、阻止電子傳遞和隔離陰陽極反應的多重作用。兩側的催化劑層是燃料和氧化劑進行電化學反應的場所氣體擴散層的主要作用爲支撐催化劑層、穩定電極結構、提供氣體傳輸通道及改善水管理雙極板的主要作用是分隔反應氣體，並透過流場將反應氣體匯入燃料電池中，收集並傳導電流，支撐膜電極，以及承擔整個燃料電池的散熱和排水功能。
原理：
單電池主要由膜電極（陽極、陰極、質子交換膜）和集流板組成：
具有一定溼度和壓力的氫氣和氧氣分別進入陽極和陰極，經擴散層到達催化層和質子交換膜的介面，分別在催化劑的作用下發生氧化和還原反應。
在陽極，氫氣發生電化學反應生成氫離子和電子，其中氫離子透過質子交換膜傳導到陰極（質子交換膜的特有屬性使其只允許氫離子透過），電子透過外電路到達陰極，在陰極氫離子、電子和氧氣反應生成水。生成的水以水蒸氣或冷凝水的形式隨多餘的氧氣從陰極出口排出。
