镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。活性物质构成电极极片的工艺方式主要有烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异，一般根据使用条件不同的工艺生产电池。通讯等民用电池大多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成电池。充放电化学反应如下：
正极：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-
负极：M+H2O+e-=MHab+OH-
总反应：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH
注：M：氢合金；Hab：吸附氢；反应式从左到右的过程为充电过程；反应式从右到左的过程为放电过程。
充电时正极的Ni（OH）2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-一起生成MH和OH-，总反应是Ni（OH）2和M生成NiOOH，储氢合金储氢；放电时与此相反，MHab释放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。电池的标准电动势为1.319V。