Prinsip dasar reaksi elektrolitik sel elektrolisis membran adalah mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan mengelektrolisis air garam menghasilkan NaOH, Cl2 dan H2 seperti terlihat pada gambar di atas. Di ruang anoda sel (di sisi kanan gambar), air garam diionisasi menjadi Na+ dan Cl- di dalam sel, dimana Na+ bermigrasi ke ruang katoda (sisi kiri gambar) melalui membran ionik selektif di bawah tindakan biaya. Cl- yang lebih rendah menghasilkan gas klor dalam elektrolisis anodik. Ionisasi H2O di ruang katoda menjadi H+ dan OH-, dimana OH- diblokir oleh membran kation selektif di ruang katoda dan Na+ dari ruang anoda digabungkan untuk membentuk produk NaOH, dan H+ menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis katodik.