La pile à combustible est un dispositif électrochimique similaire à une batterie conventionnelle, qui convertit l'énergie électrochimique d'un combustible et d'une substance oxydante en énergie électrique utilisable. La principale différence par rapport aux batteries "normales" est qu'elles peuvent fonctionner pratiquement indéfiniment. Dans les batteries conventionnelles, en effet, le carburant et le comburant se trouvent à l'intérieur de la batterie elle-même, qui doit être remplacée ou rechargée lorsqu'elle est épuisée.
La pile à combustible, quant à elle, est alimentée sans interruption par un système externe. Cet appareil utilise des combustibles liquides ou gazeux tels que l'hydrogène, l'hydrazine ou les hydrocarbures ; le comburant est plutôt de l'oxygène gazeux ou de l'air. En raison de leur caractéristique de fournir de l'énergie en continu, les cellules électrochimiques peuvent être comparées à des générateurs électriques, mais elles sont plus efficaces que les machines thermiques qui utilisent un procédé de combustion.
L'usine d'un système de Pile à combustible peut être plus ou moins complexe, mais elle se compose toujours de trois composants. Une section de puissance, qui consiste en la connexion de plusieurs cellules élémentaires afin de fournir une production d'énergie électrique continue de la puissance nécessaire ; un système d'alimentation en carburant et un système de conditionnement de puissance, qui convertit l'énergie produite dans le type requis par l'application finale.
Parmi les nombreux avantages de la pile à combustible, le rendement élevé, quelle que soit la taille de l'installation, et la densité énergétique élevée : des poids et des volumes réduits permettent de produire de grandes quantités d'énergie. La modularité, c'est-à-dire la possibilité de combiner plusieurs unités fondamentales, permet, pour l'instant seulement en théorie, d'avoir des puissances allant du millième au million de watts. Les piles à combustible sont silencieuses et propres car la réaction produit de l'eau, du dioxyde de carbone et de l'azote. Enfin, dans les grandes installations, il est possible d'améliorer encore leur efficacité en récupérant la chaleur produite lors de la réaction. Les piles à combustible ont été utilisées dans l'espace et l'armée, les sous-marins et les véhicules électriques.