Wielkość nadnapięcia zależy od gęstości prądu. W przypadku nadnapięcia aktywacyjnego zależność tę opisują równania Butlera-Volmera i Tafela. Równanie Tafela jest przedstawiane w najprostszej postaci jako:
gdzie: i – stałe empiryczne, – gęstość prądu.
Wartość nadnapięcia stężeniowego (ηc) zależy od różnicy stężeń lub substratów i produktów reakcji elektrodowych przy powierzchni elektrody w stanie równowagi i w stanie polaryzacji (w ogniwie zamkniętym). Jest wyrażane zależnością:
gdzie: i – stężenie jonów w czasie pracy ogniwa (indeks ) i w stanie równowagi (indeks ), – liczba elektronów przenoszonych w reakcji redoks, – uniwersalna stała gazowa, – temperatura bezwzględna [K], – stała Faradaya.
Gdy szybkość reakcji elektrodowych jest większa od szybkości dyfuzji reagentów tych reakcji w elektrolicie, największą rolę odgrywa polaryzacja stężeniowa. Przy powierzchni katodowego fragmentu powierzchni, na którym zachodzi szybkie utlenianie metalu M, stężenie powstających jonów Mz+ może być dużo większe od stężenia w głębi roztworu. W przypadku szybkiej redukcji (obszar katodowy) redukowanych stężenie jonów jest mniejsze w pobliżu powierzchni. Istnieje taka wartość gęstości prądu (szybkości redukcji), przy której stężenie przyelektrodowe Mz+ (lub innego depolaryzatora katody) jest równe zeru.