PEMFC er bygget av membranelektrodesamlinger (MEA) som inkluderer elektroder, elektrolytt, katalysator og gassdiffusjonslag. En pasta av katalysator, karbon og elektrode sprøytes eller males på den faste elektrolytten og karbonpapir er varmpresset på hver side for å beskytte innsiden av cellen og fungerer også som elektroder. Den sentrale delen av cellen er trippelfasegrensen (TPB) der elektrolytten, katalysatoren og reaktantene blandes og dermed hvor cellereaksjonene faktisk oppstår. Det er viktig at membranen ikke må være elektrisk ledende slik at halvreaksjonene ikke blandes. Driftstemperaturer over 100 ° C er ønsket, slik at vannbiproduktet blir damp og vannhåndtering blir mindre kritisk i celleutforming.