为于负极的镉(Cd)和氢氧化钠(NaOH)中的氢氧根离子(OH-)化合成氢氧化镉，并附着在阳极上，同时也放出电子。电子沿着电线至阴极，和阴极的二氧化镍与氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附着在阳极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中，故氢氧化钠溶液浓度不会随着时间而下降。 　　
放电反应式： 　　
         负极反应： Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e- 　　
         正极反应： 2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH- 　　
         总反应： Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2 　　
         充电反应式： 　　
         正极反应：Ni(OH)2+2OH-→ 2e-+NiO2+2H2O 　　
         负极反应：Cd(OH)2+2e-→ Cd+2OH- 　　
          总反应：　Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O 　　 
          充电的镍镉电池
          镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参加化学反应，其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止结块，并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中，加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其它电池相比，NiCd电池的自放电率(即电池不使用时失去电荷的速率超科电池)适中。NiCd电池在使用过程中，如果放电不完全就又充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，放出80％电量后再充足电，该电池只能放出80％的电量。这就是所谓的记忆效应。当然，几次完整的放电/充电循环将使NiCd电池恢复正常工作。由于NiCd电池的记忆效应，若未完全放电，应在充电前将每节电池放电至1V以下。