除伏打电池外，所有化学能在转变成电能之前，几乎都要经过中间燃烧，先得到热能，再由热能变成机械能驱动汽轮机发电，把机械能再度变成电能，由于要通过这些中间环节，所以要损失许多能量，转变效率很低。一般的火力发电站，消耗的燃料只有70%左右能转变成电力。能不能不经过中间燃料等环节，直接让化学能转变成电能呢？能！这就是从20世纪50年代开始诞生的燃料电池。
不过，追本溯源，产生燃料电池的契机却起源在更早的年代。
燃料电池的想法，是从化学反应的可逆反应规律推理出来的。1790年，英国化学家尼科尔森设计了一个伏打电池堆，当他将连接电池堆两端的导线放在水里，通过电流时，他发现，导线的两端有气泡逸出，经过分析，这两端逸出的气泡分别是氧气和氢气。于是他发现水在电流的作用下，被分解为氧和氢两种元素了。这是电解作用的第一次发现，尼科尔森的这个实验，证明了另一位英国化学家卡文迪许提出的，当氧和氢进行化学反应后，就结合成水的发现。水的电解是水的合成的逆过程。
这个实验的结果，从另外一个角度激发了美国又一位名叫格罗夫爵士的设想：既然水能在电解中被分解为氢和氧，那么反过来，当氢和氧进行化学反应时，是不是也会产生电呢？
1842年，格罗夫设计了一个实验，当氢和氧在起化学作用（燃料）时，测出它同时也产生电流，证实了自己的推测。不过当时检测的电流是那么微弱，格罗夫的实验证明并没有受到重视。
20世纪50年代，美国最先开始从事燃料电池的研究，到60年代首次在太空飞行中使用，美国“阿波罗”登月飞船上的通信设备就实际应用了“美国型”燃料电池提供的电力，该燃料电池使用氢作燃料，纯氧作氧化剂。而飞船上航天员饮用的水，就是燃料电池的生成物——氧和氢在燃料过程中化合生成的纯净的水！
由于燃料电池直接将化学能转变成电能，燃料不经过中间燃烧，所以热能转换效率高，比火力发电的效率高5%—20%。它在化学反应时放出的热能还可能用来再发电，或生产蒸汽和热水，所以总的能量转换效率可达到80%，是继火力发电、水力发电、核能发电后的第四型发电装置。