Prinsip asas tindak balas elektrolitik sel elektrolisis membran adalah untuk menukar tenaga elektrik menjadi tenaga kimia dan air garam elektrolis untuk menghasilkan NaOH, CL2 dan H2 seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Di dalam ruang anod sel (di sebelah kanan gambar), air garam diionkan ke dalam Na+ dan Cl-dalam sel, di mana Na+ berhijrah ke ruang katod (sebelah kiri gambar) melalui membran ionik terpilih di bawah tindakan caj. CL yang lebih rendah menghasilkan gas klorin di bawah elektrolisis anodik. Pengionan H2O di ruang katod menjadi H+ dan OH-, di mana OH- disekat oleh membran kation terpilih di ruang katod dan Na+ dari ruang anod digabungkan untuk membentuk produk NaOH, dan H+ menghasilkan hidrogen di bawah elektrolisis katodik.