Yn y bôn, egwyddor weithredol celloedd tanwydd hydrogen yw adwaith gwrthdro dŵr electrolyzed. Mor gynnar â'r 1830au, sylweddolodd gwyddonwyr tramor adwaith gwrthdro dŵr electrolyzed a chynhyrchodd gerrynt trydan. Yn y gorffennol, defnyddiwyd celloedd tanwydd yn bennaf mewn meysydd arbennig megis awyrofod. Yn ystod y degawd diwethaf, gyda'r ymwybyddiaeth gynyddol o ddiogelu'r amgylchedd byd-eang, lleihau'r defnydd o ynni, a datblygu cynaliadwy, mae celloedd tanwydd wedi dechrau cael sylw a datblygiad.
Mae proses weithio cell danwydd hydrogen yn dechnoleg sy'n cyfuno hydrogen ag ocsigen yn yr aer i ffurfio dŵr H2O ac yn rhyddhau egni trydanol. Fe'i nodweddir gan dymheredd gweithredu isel a chyflymder cychwyn cyflym. Mae'n arbennig o addas i'w ddefnyddio fel batri pŵer.
Cam 1: Mae hydrogen yn cyrraedd yr anod trwy bibell neu blât canllaw aer. O dan weithred y catalydd anod, mae'r moleciwlau hydrogen yn cael eu ïoneiddio i mewn i ïonau hydrogen (protonau) â gwefr bositif ac yn rhyddhau electronau â gwefr negyddol.
Cam 2: Mae ïonau hydrogen yn mynd trwy'r electrolyte (pilen cyfnewid proton) i'r catod, ac mae electronau'n mynd trwy'r gylched allanol i'r catod. Mae'r electronau'n ffurfio cerrynt yn y gylched allanol, a thrwy gysylltiadau priodol, gall ynni trydanol gael ei allbwn i'r llwyth.
Cam 3: Ar ben arall y batri, mae ocsigen (aer) yn cyrraedd y catod trwy'r bibell neu'r plât canllaw aer. O dan weithred y catalydd catod, mae'r ocsigen yn adweithio ag ïonau hydrogen ac electronau i gynhyrchu dŵr.
Mae yna lawer o fathau o gelloedd tanwydd, a'r gwahaniaeth rhyngddynt yw'r electrolyte. Mae cell tanwydd hydrogen yn cynnwys plât deubegwn (anod, catod) a philen cyfnewid proton. Mae'r tanwydd hydrogen yn cael ei ocsidio yn yr anod, mae'r ocsidydd yn cael ei leihau yn y catod, ac mae'r bilen cyfnewid proton yn gweithredu fel yr electrolyte. Mae'r ddau begwn yn cynnwys catalyddion sy'n cyflymu'r adweithiau electrocemegol yn yr electrodau.