鎳氫電池正極活性物質為Ni（OH）2（稱NiO電極），負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金（電極稱儲氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。活性物質構成電極極片的工藝方式重要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等，不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異，一般根據使用條件不同的工藝生產電池。通訊等民用電池大多采用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成電池。充放電化學反應如下[1]：

正極：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-

負極：M+H2O+e-=MHab+OH-

總反應：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH

注：M：氫合金；Hab：吸附氫；反應式從左到右的過程為充電過程；反應式從右到左的過程為放電過程。

充電時正極的Ni（OH）2和OH-反應生成NiOOH和H2O，同時釋放出e-一起生成MH和OH-，總反應是Ni（OH）2和M生成NiOOH，儲氫合金儲氫；放電時與此相反，MHab釋放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。電池的標準電動勢為1.319V。