Η βασική αρχή της ηλεκτρολυτικής αντίδρασης του κελιού ηλεκτρόλυσης μεμβράνης είναι η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική ενέργεια και η ηλεκτρόλυση της άλμης για την παραγωγή NaOH, Cl2 και H2, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Στον θάλαμο ανόδου του κελιού (στη δεξιά πλευρά της εικόνας), η άλμη ιονίζεται σε Na+ και Cl- στο κελί, όπου το Na+ μεταναστεύει στον θάλαμο καθόδου (αριστερή πλευρά της εικόνας) μέσω μιας επιλεκτικής ιοντικής μεμβράνης υπό την επίδραση φορτίου. Το κατώτερο Cl- παράγει αέριο χλώριο υπό ανοδική ηλεκτρόλυση. Ο ιονισμός H2O στον θάλαμο καθόδου γίνεται H+ και OH-, όπου το OH- μπλοκάρεται από μια επιλεκτική μεμβράνη κατιόντων στον θάλαμο καθόδου και το Na+ από τον θάλαμο ανόδου συνδυάζεται για να σχηματίσει το προϊόν NaOH, και το H+ παράγει υδρογόνο υπό καθοδική ηλεκτρόλυση.