Grundvallarrekstrarregla rafhlöðu felur í sér umbreytingu efnaorku og raforku með rafefnafræðilegum viðbrögðum. Rafhlaða samanstendur venjulega af jákvæðu rafskauti (bakskaut), neikvæðu rafskauti (skaut), raflausn og skilju. Við afhleðslu fer rafskautsefnið í gegnum oxun og losar rafeindir; þessar rafeindir streyma í gegnum ytri hringrás að bakskautinu og mynda rafstraum sem knýr ytri tæki. Samtímis flytjast jónir innan raflausnarinnar inn í rafhlöðuna til að viðhalda hleðslujafnvægi, sem gerir rafefnahvarfinu kleift að halda áfram stöðugt. Á meðan á hleðslu stendur gefur ytri aflgjafi rafhlöðunni orku, snýr við innri efnahvörfum og geymir orku í rafhlöðunni til síðari notkunar.
Kjarnastarfsemi rafhlöðu byggir á hugsanlegum mun á bakskauts- og rafskautsefnum. Mismunandi rafhlöðugerðir nota mismunandi efnasamsetningar, sem leiðir til breytileika í spennu, afkastagetu, líftíma og notkunareiginleikum. Til dæmis nota blý-sýrurafhlöður venjulega blýdíoxíð sem bakskaut, blý sem rafskaut og brennisteinssýrulausn sem raflausn; þau eru metin fyrir þroskaða tækni, lágan kostnað og mikla áreiðanleika. Aftur á móti ná litíum-jónarafhlöður orkuumbreytingu með innskotningu og af-flóði litíumjóna á milli bakskauts- og rafskautefna. Þeir bjóða upp á kosti eins og mikla orkuþéttleika, léttan þyngd og langan líftíma, sem gerir þá mikið notaða í orkugeymslukerfum, rafbúnaði og nútíma órofa aflgjafa (UPS) kerfum.
Spenna, straumur og afkastageta eru mikilvægar breytur sem endurspegla rekstrarstöðu rafhlöðunnar. Á meðan á hleðslu stendur er raforka veitt í gegnum hleðslubúnað, sem endurheimtir virku efnin í há-orkuástand; við losun er geymd efnaorka breytt í raforku og framleiðsla í gegnum ytri hringrás. Rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) gegna mikilvægu hlutverki í nútíma rafhlöðuforritum. Þeir fylgjast með spennu, straumi, hitastigi og afkastagetu í rauntíma- og auka rekstraröryggi og stöðugleika með aðgerðum eins og frumujöfnun, yfirhleðsluvörn og ofhleðsluvörn og koma þannig í veg fyrir skert frammistöðu eða öryggisvandamál af völdum óviðeigandi notkunar.
