Biocombustibles células producen energía eléctrica de materiales orgánicos mediante procesos electroquímicos que son catalizados por sustancias biológicas (enzimas o células microbianas todo). Por el contrario, las pilas de combustible regular uso catalizadores inorgánicos (como el platino) para mejorar los procesos electroquímicos. Sustratos más orgánicos (reactivos) se someten a combustión con la evolución de la energía. El biocatalyzed oxidación de sustratos orgánicos por oxígeno o otras oxidantes en dos interfaces de electrodo proporciona un medio para convertir la energía química en energía eléctrica.

Abundantes materias orgánicas, tales como alcoholes, ácidos orgánicos, azúcares, puede utilizarse como sustrato para el proceso de oxidación. Molecular oxígeno (O ₂) o peróxido de hidrógeno (H ₂ O ₂) puede actuar como sustrato para el proceso de reducción. Materiales de los orgánicos se oxidan en el electrodo, llamado el ánodo, generando electrones que pasan por el circuito eléctrico externo para el electrodo, llamado el cátodo, donde son aceptados por el oxidante. Este proceso genera la energía eléctrica (voltaje y corriente) lanzada por la célula de biocombustibles. a fin de producir energía eléctrica continua, soluciones acuosas que contienen el combustible orgánico y el oxidante son bombeadas hacia los electrodos respectivos en la celda de biocombustibles, donde realizan estos procesos electroquímicos.