膜電解セルの電気分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、上の図に示すように、NaOH、Cl₂、H₂を生成することです。セルの陽極室（図の右側）では、塩水がセル内でNa⁺とCl⁺にイオン化され、Na⁺は電荷の作用で選択イオン膜を通過して陰極室（図の左側）に移動します。下層のCl⁺は陽極電気分解によって塩素ガスを生成します。陰極室でのH₂Oのイオン化はH⁺とOH⁺に変化し、OH⁺は陰極室の選択陽イオン膜によって遮断され、陽極室のNa⁺が結合してNaOHが生成され、H⁺は陰極電気分解によって水素を生成します。