膜電解セルの電解反応の基本原理は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換し、塩水を電気分解してNaOH、Cl₂、H₂を生成することです（上図参照）。セルの陽極室（図の右側）では、塩水はNa⁻とCl⁻にイオン化されます。^-セル内では、Na+が電荷の作用により選択イオン膜を通過して陰極室（図の左側）へ移動する。下側のCl^-陽極電解により塩素ガスが発生します。陰極室ではH2Oがイオン化してH+とOH-に変化します。OH-は陰極室の選択陽イオン膜によって遮断され、陽極室からNa+が放出されてNaOHが生成されます。そして、H+は陰極電解により水素を生成します。