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