झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस सेल की इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रिया का मूल सिद्धांत विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करना और ऊपर की तस्वीर में दिखाए अनुसार NaOH, Cl2 और H2 का उत्पादन करने के लिए ब्राइन को इलेक्ट्रोलाइज करना है। सेल के एनोड कक्ष में (तस्वीर के दाईं ओर), सेल में ब्राइन को Na+ और Cl- में आयनित किया जाता है, जिसमें Na+ चार्ज की क्रिया के तहत एक चयनात्मक आयनिक झिल्ली के माध्यम से कैथोड कक्ष (तस्वीर के बाईं ओर) में चला जाता है। एनोडिक इलेक्ट्रोलिसिस के तहत कम Cl- क्लोरीन गैस उत्पन्न करता है। कैथोड कक्ष में H2O आयनीकरण H+ और OH- बन जाता है, जिसमें OH- को कैथोड कक्ष में एक चयनात्मक धनायन झिल्ली द्वारा अवरुद्ध किया जाता है और एनोड कक्ष से Na+ को उत्पाद NaOH बनाने के लिए संयोजित किया जाता है, और H+ कैथोडिक इलेक्ट्रोलिसिस के तहत हाइड्रोजन उत्पन्न करता है।