固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种采用固体氧化物材料作为电解质、阳极和阴极的燃料电池。传统的固体氧化物燃料电池在结构上可以分为三层，即多孔的阴极层、致密电解质层和多孔阳极层。阴极和阳极选用多孔结构的目的是增加电化学反应界面并提高表观电流密度。在电池的阴极侧通入O2，阳极侧通入燃料气。其中致密电解质起导电O2-(或H+)以及分隔空气（氧气）和燃料气的作用，而阴、阳极是电池反应的场所。根据电解质导电离子的不同，可以将固体氧化物燃料电池分为两类:氧离子导电电解质燃料电池和氢离子（质子）导电电解质燃料电池。
对于氧离子导电电解质燃料电池，氧气在阴极(空气电极)上得到电子被还原，成为O2-并进入电解质，燃料气(如H2、CO或CH4等)在阳极发生氧化反应与O2-生成H2O、CO2等并释放电子，由于阴阳极两端的阳离子浓度梯度，O2-经过电解质不断的从阴极迁移到阳极，而阳极释放的电子经过外部电路回到阴极。

以氢气和甲烷为例电化学反应方程为：
阴极：
阳极：
　　　

 

对于氢离子导电电解质燃料电池，燃料气（H2、NH3等）在阳极失去电子被氧化成H+并进入电解质晶格，在浓度梯度的作用下扩散到阴极，氧气在阴极被还原，并与扩散到阴极的H+反应生成H2O。