鎳氫電池正極活性物質為氫氧化鎳(稱氧化鎳電極)，負極活性物質為金屬氧化物，也稱貯氫合金(電極稱貯氫電極)，電解液為6N氫氧化鉀，在電池充放電過程中的電池反應為：

其中，M表示貯氫合金材料。

電池的開路電壓為：1.2V～1.3V、因貯氫材料和制備工藝不同而有所不同。

過充電時，兩極上的反應為：

氧化鎳電極上：4OH`-4e—2H2O十O2

貯氫電極上;2H2O+O2+4e—4OH`

電池過充電時的總反應：O

電池在設計中一般采米用負極過量的辦法，氧化鎳電極全充電態時出現氧氣，經過擴散在負極重新化合成水，這樣，既保持了電池內壓的恒定，同時易使電解液濃度不致發生巨人變化。

當電池過放電時，電極反應為：

氧化鎳電極上：2H2O+2e—H2+2OH`

貯氫電極上;H2+2OH`-2e—2H2O

電池過放電時的總反應：O

雖然過放電時，電池總反應的凈結果為零，但要出現反極現象。由于在正極上出現的氫氣會在負極上新化合，同樣也保持了體系的穩定。

另外，負極活性物質氫以氫原子態能以相當高的密度吸附干貯氫合金中，在這樣的電極上，吸放氫反應能平穩地進行，放電性能較鎘-鎳電池而言得以提高。