Podstawową zasadą reakcji elektrolitycznej w membranowym ogniwie elektrolizy jest konwersja energii elektrycznej na energię chemiczną i elektroliza solanki w celu wytworzenia NaOH, Cl2 i H2, jak pokazano na powyższym rysunku. W komorze anodowej ogniwa (po prawej stronie zdjęcia) solanka jest jonizowana w ogniwie na Na+ i Cl-, przy czym Na+ migruje do komory katodowej (lewa strona zdjęcia) przez selektywną membranę jonową pod wpływem działanie ładunku. Niższy Cl- wytwarza gazowy chlor w procesie elektrolizy anodowej. Jonizacja H2O w komorze katodowej przekształca się w H+ i OH-, przy czym OH- jest blokowany przez selektywną membranę kationową w komorze katodowej, a Na+ z komory anodowej łączy się, tworząc produkt NaOH, a H+ wytwarza wodór w procesie elektrolizy katodowej.