Prinsip asas tindak balas elektrolitik sel elektrolisis membran adalah untuk menukar tenaga elektrik kepada tenaga kimia dan mengelektrolisis air garam untuk menghasilkan NaOH, Cl2 dan H2 seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Dalam ruang anod sel (di sebelah kanan gambar), air garam diionkan menjadi Na+ dan Cl- dalam sel, di mana Na+ berhijrah ke ruang katod (sebelah kiri gambar) melalui membran ionik terpilih di bawah tindakan pertuduhan. Cl- yang lebih rendah menghasilkan gas klorin di bawah elektrolisis anodik. Pengionan H2O dalam ruang katod menjadi H+ dan OH-, di mana OH- disekat oleh membran kation terpilih dalam ruang katod dan Na+ dari ruang anod digabungkan untuk membentuk produk NaOH, dan H+ menjana hidrogen di bawah elektrolisis katodik.