鎳鎘電池的原理：

位于負極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH-)化合成氫氧化鎘，并附著在陽極上，同時也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。

放電反應式：

負極反應：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-

正極反應：2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH-

總反應：Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2

充電反應式：

正極反應：Ni(OH)2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O

負極反應：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-

總反應：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O鎳鎘電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其重要用途是增強導電性。負極板上的活性物質由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的用途是使氧化鎘粉有較高的擴散性，防止結塊，并新增極板的容量。活性物質分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其它電池相比，NiCd電池的自放電率(即電池不使用時失去電荷的速率超科電池)適中。NiCd電池在使用過程中，假如放電不完全就又充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，放出80%電量后再充足電，該電池只能放出80%的電量。這就是所謂的記憶效應。當然，幾次完整的放電/充電循環將使NiCd電池恢復正常工作。由于NiCd電池的記憶效應，若未完全放電，應在充電前將每節電池放電至1V以下。