Elektrolytten er et tett lag av keramikk som leder oksygenioner. Den elektroniske ledningsevnen må holdes så lav som mulig for å forhindre tap fra lekkasjestrømmer. De høye driftstemperaturene til SOFC tillater kinetikken til oksygeniontransport å være tilstrekkelig for god ytelse. Imidlertid, når driftstemperaturen nærmer seg den nedre grensen for SOFC på rundt 600 °C, begynner elektrolytten å ha store ioniske transportmotstander og påvirker ytelsen. Populære elektrolyttmaterialer inkluderer yttria-stabilisert zirkoniumdioksid (YSZ) (ofte 8%, og danner 8YSZ), skandia-stabilisert zirkoniumdioksid (ScSZ) (vanligvis 9 mol% ScO – 9ScSZ) og gadolinium-dopet ceria (GDC). Elektrolyttmaterialet har avgjørende innflytelse på presentasjonen til cellen. Skadelige reaksjoner mellom YSZ-elektrolytter og moderne katoder som lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) er funnet, og kan forhindres av tynne (<100 nm) ceria diffusjonsbarrierer.