Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische (galvanische) Strom- bzw. Spannungsquelle, in der chemische Energie direkt in elektrische Energie umgesetzt wird.
Anders als bei einer Batterie oder einem Akkumulator wird dabei beständig eine energiereiche Substanz (der „Brennstoff“) zugeführt und nach der Abgabe von elektrischer Ladung wieder ausgeleitet. Dadurch werden die Oxidation und Reduktion räumlich voneinander getrennt und man spricht auch von einer „kalten Verbrennung“.
Eine typische Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus zwei porösen Elektroden, zwischen denen sich ein flüssiger oder fester Elektrolyt befindet. Im (chemisch) einfachsten Fall ist der Brennstoff Wasserstoff und das Abgas Wasserdampf.
Je nach Arbeitstemperatur unterscheidet man Nieder- (80–200 °C) und Hochtemperaturbrennstoffzellen (600–1000 °C).