Membran elektroliz hücresinin elektrolitik reaksiyonunun temel prensibi, elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek ve tuzlu suyu elektrolize ederek yukarıdaki resimde gösterildiği gibi NaOH, Cl2 ve H2 üretmektir. Hücrenin anot odasında (resmin sağ tarafında), tuzlu su hücrede Na+ ve Cl- olarak iyonize edilir, burada Na+ yükün etkisi altında seçici bir iyonik membran aracılığıyla katot odasına (resmin sol tarafı) göç eder. Alttaki Cl-, anodik elektroliz altında klor gazı üretir. Katot odasındaki H2O iyonizasyonu H+ ve OH- olur, burada OH- katot odasındaki seçici bir katyon membranı tarafından bloke edilir ve anot odasındaki Na+ birleşerek ürün NaOH oluşturur ve H+ katodik elektroliz altında hidrojen üretir.