Principiul de bază al reacției electrolitice a celulei de electroliză membranară este de a converti energia electrică în energie chimică și de a electroliza saramură pentru a produce NaOH, Cl2 și H2, așa cum se arată în imaginea de mai sus. În camera anodică a celulei (în partea dreaptă a imaginii), saramura este ionizată în Na+ și Cl- în celulă, în care Na+ migrează în camera catodic (partea stângă a imaginii) printr-o membrană ionică selectivă sub acţiunea de încărcare. Cl-ul inferior generează clor gazos sub electroliză anodică. Ionizarea H2O în camera catodică devine H+ și OH-, în care OH- este blocat de o membrană cationică selectivă în camera catodică și Na+ din camera anodică este combinat pentru a forma produsul NaOH, iar H+ generează hidrogen sub electroliză catodică.