铅酸电池由海绵状或多孔铅制成的负极组成。铅是多孔的以促进铅的形成和溶解。正极由氧化铅组成。两个电极都浸入硫酸和水的电解溶液中。如果电极通过电池的物理运动或通过电极厚度的变化而相互接触，则电绝缘但化学可渗透的膜将两个电极隔开。该膜还可以防止通过电解质发生电短路。铅酸电池通过如下所示的可逆化学反应储存能量。

整体化学反应为：

在负极端子的充电和放电反应是

在正极端子的充电和放电反应是：

如上式所示，电池放电会导致在负极和正极端子处形成硫酸铅晶体，以及由于铅的价电荷变化而释放电子。这种硫酸铅的形成使用了电池周围的硫酸电解液中的硫酸盐。结果，电解质变得不那么浓缩。完全放电将导致两个电极都被硫酸铅和水覆盖，而不是电极周围的硫酸。在完全放电时，两个电极是相同的材料，两个电极之间没有化学势或电压。然而，在实践中，放电在截止电压处停止，早在这一点之前。因此，电池不应低于此电压放电。

在完全放电和充电状态之间，铅酸电池的电压会逐渐降低。电压电平通常用于指示电池的充电状态。电池对电池充电状态的依赖关系如下图所示。如果电池长时间处于低电量状态，则会生长大的硫酸铅晶体，从而永久降低电池容量。这些较大的晶体不同于铅电极的典型多孔结构，并且难以转化回铅。

充电时铅酸电池的电压。

充电反应将负极处的硫酸铅转化为铅。在正极，反应将铅转化为氧化铅。作为该反应的副产物，放出氢气。在充电周期的第一部分，硫酸铅转化为铅和氧化铅是主要反应。然而，随着充电的进行，大部分硫酸铅转化为铅或二氧化铅，充电电流将电解液中的水电解，同时产生氢气和氧气，这一过程称为电池的“放气”。如果电流提供给电池的速度快于硫酸铅的转化速度，则在所有硫酸铅转化之前，即在电池充满电之前，开始放气。放气给铅酸电池带来了几个问题。由于产生的氢气具有爆炸性，电池放气不仅会引起安全问题，而且放气还会减少电池中的水，必须手动更换，从而将维护组件引入系统。此外，放气可能导致活性材料从电解质中脱落，从而永久降低电池容量。由于这些原因，电池不应定期充电至高于导致放气的电压。放气电压随充电速率而变化。将维护组件引入系统。此外，放气可能导致活性材料从电解质中脱落，从而永久降低电池容量。由于这些原因，电池不应定期充电至高于导致放气的电压。放气电压随充电速率而变化。将维护组件引入系统。此外，放气可能导致活性材料从电解质中脱落，从而永久降低电池容量。由于这些原因，电池不应定期充电至高于导致放气的电压。放气电压随充电速率而变化。

硫酸铅是一种绝缘体，因此硫酸铅在电极上形成的方式决定了电池放电的难易程度。