Yakıt pillerini fabrika gibi düşünebilirsiniz. Girdi olarak yakıt kullanıp, çıktı olarak elektrik üreten sistemlerdir. Tıpkı bir fabrika gibi ham madde (yakıt) sağlandığı sürece yakıt pilleri ürün (elektrik) üretecektir. Aslında bu durum, piller ve yakıt pilleri arasındaki temel farklılıktır. Her iki pil de elektrokimya prensiplerine göre çalışmasına karşın yakıt pilleri elektrik üretirken tüketilmezler. Yakıt pilleri, diğer bir deyişle, yakıtta depolanan kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.

Bu şekilde bakıldığında, yanmalı motorlar da kimyasal fabrikası olarak düşünülebilir. İçten yanmalı motorlar da yakıtta depolanan kimyasal enerjiyi faydalı mekanik enerjiye veya elektrik enerjisine çevirirler. O halde yakıt pilleri ile yanmalı motorlar arasında ne fark vardır? Bildiğimiz yanmalı motorlarda yakıt yanar ve ısı açığa çıkar. Örneğin en basit örnek olarak hidrojenin yanmasını düşünelim:

H2 + ½ O2 -> H2O (1)

Moleküler düzeyde bakıldığında hidrojen molekülleri ve oksijen moleküllerinin çarpışması sonucu reaksiyon olur. Hidrojen molekülleri oksitlenerek su üretirler ve ısı açığa çıkar. Atom seviyesinde baktığımızda ise, pikosaniye seviyelerinde hidrojen-hidrojen bağları ve oksijen-oksijen bağları kopup hidrojen-oksijen bağları oluşur. Bu bağların kopması ve yeni bağların oluşması moleküllerin arasındaki elektron transferiyle olmaktadır. Bu tepkimedeki ürün olan suyun bağ konfigürasyon enerjisi girdi olan hidrojen ve oksijen bağ konfigürasyon enerjilerinden daha düşüktür. Bu aradaki enerji farkı ısı olarak açığa çıkar. Elektrik üretebilmek için bu açığa çıkan ısı mekanik enerjiye dönüştürülmelidir ve daha sonra da mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Tüm bu aşamalardan geçerken süreçler karmaşık ve verimsizdir.

Yukarıda anlattığımız tepkimeye (1) alternatif bir çözüm düşünelim: Kimyasal reaksiyondan doğrudan elektrik üretebildiğimiz, elektronların yüksek enerjili reaktant bağlarından düşük enerjili ürün bağlarına hareket ettiğini varsayın. Gerçekte, bu tam olarak da yakıt pillerinde olan süreçtir. Esas soru atomik düzeyde ve pikosaniye süresince elektronların tekrar düzenlenmesi nasıl sağlanacaktır? Yanıt oldukça basittir, reaksiyona girdi olan hidrojen ve oksijeni uzamsal olarak ayırdığımızda bağların tekrar oluşması için gerekli düzenleme için gerekli olan elektron aktarımı oldukça genişletilmiş bir boyut skalasında gerçekleşir. Bu sayede, elektronlar yakıttan (hidrojen) oksitleyiciye (oksijen) giderken elektrik akımı üretmek için kullanılır.