W ogniwach AFC elektrolitem jest tkanina azbestowa nasączona stężonym 85% roztworem wodorotlenku potasu, przy temperaturze pracy 250 °C lub 35–50% roztworem KOH przy 120 °C. Ogniwo pracuje pod ciśnieniem 4-5,5 MPa. Katalizatorem jest nikiel (Ni), srebro (Ag), tlenki metali lub metale szlachetne. Anodę stanowi siatka lub porowaty Ni z maksymalną średnicą porów 16 μm po stronie elektrolitu i 30 μm po stronie gazu, natomiast katodą jest porowaty litowy tlenek niklu(II) NiO z Ag. Paliwem w ogniwach alkalicznych jest wodór.
Reakcje zachodzące w ogniwie AFC mają następujący przebieg: katoda: O2 + 4e− + 2H2O → 4OH− anoda: 2H2 + 4OH− → 4H2O + 4e−
Etapy pracy ogniwa AFC: absorpcja i jonizacja cząsteczki tlenu na katodzie i dwóch cząsteczek wodoru na anodzie, absorpcja i jonizacja dwóch cząsteczek wody na katodzie oraz jonizacja czterech atomów wodoru do protonów i elektronów na anodzie, migracja czterech jonów OH− przez elektrolit od katody do anody, rekombinacja czterech protonów i czterech jonów OH− do czterech cząsteczek wody i jej wydalenie na anodzie.