Ang pangunahing prinsipyo ng electrolytic reaction ng membrane electrolysis cell ay ang pag-convert ng electric energy sa chemical energy at electrolyze brine upang makagawa ng NaOH, Cl2 at H2 gaya ng ipinapakita sa larawan sa itaas. Sa anode chamber ng cell (sa kanang bahagi ng larawan), ang brine ay ionized sa Na+ at Cl- sa cell, kung saan ang Na+ ay lumilipat sa cathode chamber (kaliwang bahagi ng larawan) sa pamamagitan ng isang selective ionic membrane sa ilalim ng pagkilos ng singil. Ang mas mababang Cl- ay bumubuo ng chlorine gas sa ilalim ng anodic electrolysis. Ang H2O ionization sa cathode chamber ay nagiging H+ at OH-, kung saan ang OH- ay hinaharangan ng isang selective cation membrane sa cathode chamber at ang Na+ mula sa anode chamber ay pinagsama upang bumuo ng product NaOH, at ang H+ ay bumubuo ng hydrogen sa ilalim ng cathodic electrolysis.