Μια ηλεκτροχημική διαδικασία είναι μια χημική αντίδραση που είτε προκαλεί είτε προκαλείται από την κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτές οι διαδικασίες είναι ένας τύπος αντίδρασης οξείδωσης-αναγωγής κατά την οποία ένα άτομο ή μόριο χάνει ένα ηλεκτρόνιο σε άλλο άτομο ή μόριο. Στις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, τα άτομα ή τα μόρια στην αντίδραση απέχουν σχετικά μακριά το ένα από το άλλο σε σύγκριση με άλλες αντιδράσεις, αναγκάζοντας τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται να διανύσουν μεγαλύτερη απόσταση και έτσι να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Πολλά φυσικά φαινόμενα βασίζονται σε ηλεκτροχημικές διεργασίες, όπως η διάβρωση μετάλλων, η ικανότητα ορισμένων θαλάσσιων πλασμάτων να δημιουργούν ηλεκτρικά πεδία και η λειτουργία του νευρικού συστήματος των ανθρώπων και άλλων ζώων. Παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη τεχνολογία, κυρίως στην αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας στις μπαταρίες, και η ηλεκτροχημική διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτρόλυση είναι σημαντική στη σύγχρονη βιομηχανία.
Οι δραστηριότητες των νευρικών συστημάτων, από τις απλές αντιδράσεις και τις ενστικτώδεις συμπεριφορές που συναντώνται ακόμη και σε πρωτόγονα ζώα έως τις πολύπλοκες ικανότητες μάθησης και λογικής των ανθρώπων, εξαρτώνται από ηλεκτροχημικές διεργασίες. Οι νευρώνες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές διεργασίες για να μεταδώσουν πληροφορίες μέσω του νευρικού συστήματος, επιτρέποντας στο νευρικό σύστημα να επικοινωνεί με τον εαυτό του και με το υπόλοιπο σώμα. Για την αποστολή ενός σήματος, οι χημικές διεργασίες στον νευρώνα δημιουργούν μια ηλεκτρική ώθηση που στέλνεται μέσω μιας επιμήκους δομής που ονομάζεται άξονας μέχρι να φτάσει στη σύναψη, το σημείο επαφής μεταξύ του νευρώνα και των γειτονικών κυττάρων. Στη σύναψη, ο ηλεκτρισμός προκαλεί την απελευθέρωση χημικών ουσιών που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές, οι οποίες διασχίζουν τη σύναψη στο κύτταρο που σηματοδοτείται. Οι νευροδιαβιβαστές στη συνέχεια συνδέονται χημικά με δομές που ονομάζονται υποδοχείς στο κύτταρο στόχο, πυροδοτώντας περαιτέρω βιοχημικές διεργασίες μέσα σε αυτό.
Η ικανότητα των ψαριών, όπως τα ηλεκτρικά χέλια, οι αστρολόγοι και οι ακτίνες τορπιλών να παράγουν ηλεκτρικά πεδία είναι το αποτέλεσμα μιας ηλεκτροχημικής διαδικασίας. Τα ηλεκτρικά ψάρια διαθέτουν εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται ηλεκτροκύτταρα. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς συνδέονται με θετικά ιόντα καλίου και νατρίου στο κύτταρο και τα μεταφέρουν, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό φορτίο στο κύτταρο. Όταν χρειάζεται αυτός ο ηλεκτρισμός, ένα μέρος του νευρικού συστήματος που ονομάζεται μυελικός πυρήνας εντολής στέλνει μια ηλεκτρική ώθηση σε άλλα νευρικά κύτταρα, η οποία πυροδοτεί την απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη. Ο νευροδιαβιβαστής συνδέεται με τους υποδοχείς ακετυλοχολίνης των ηλεκτροκυττάρων, γεγονός που προκαλεί την απελευθέρωση του φορτίου των ηλεκτροκυττάρων.
Οι ηλεκτρικές μπαταρίες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές διεργασίες για την αποθήκευση και την απελευθέρωση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι χημικές αντιδράσεις εντός των ηλεκτρικών κυψελών που απαρτίζουν την μπαταρία δημιουργούν μια διαφορά φόρτισης μεταξύ των δύο μισών κάθε στοιχείου, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες παράγουν ηλεκτρισμό με χημικές αντιδράσεις που είναι αναστρέψιμες, και έτσι μπορούν να επιστραφούν στην αρχική τους χημική διαμόρφωση εάν η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται από εξωτερική πηγή. Οι αντιδράσεις στις μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες δεν έχουν αυτή την ποιότητα, αν και συνήθως παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από ό,τι μπορεί να προσφέρει μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία με μία μόνο φόρτιση.
Μια ποικιλία διαφορετικών χημικών αντιδράσεων χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες. Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε φωτιστικά και οικιακές συσκευές, βασίζονται σε ξεχωριστές αντιδράσεις καδμίου και νικελίου με ένα αλκαλικό, συνήθως διάλυμα υδροξειδίου του καλίου (KOH) και νερό. Οι μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου είναι παρόμοιες, αλλά αντικαθιστούν το κάδμιο με μια διαμεταλλική ένωση κατασκευασμένη από μαγγάνιο, αλουμίνιο ή κοβάλτιο αναμεμειγμένο με μέταλλα σπάνιων γαιών όπως το πρασεοδύμιο, το λανθάνιο και το δημήτριο. Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια ποικιλία αντιδράσεων που περιλαμβάνουν ενώσεις λιθίου, με τον πιο κοινό τύπο να χρησιμοποιεί διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2) και διάλυμα υπερχλωρικού λιθίου (LiClO4), διμεθοξυαιθανίου (C4H10O2) και ανθρακικού προπυλενίου (C4H6O3).
Η ηλεκτρόλυση είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία κατά την οποία χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα για να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις σε μια ουσία που περιέχει ελεύθερα ιόντα, που ονομάζεται ηλεκτρολύτης. Ο ηλεκτρολύτης είτε τήκεται είτε διαλύεται σε έναν διαλύτη και δύο ηλεκτρόδια, που ονομάζονται άνοδος και κάθοδος, βυθίζονται σε αυτόν. Όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο ηλεκτρισμός αρχίζει να ρέει μεταξύ τους και κάθε ηλεκτρόδιο αρχίζει να έλκει ιόντα με το αντίθετο από το δικό του φορτίο. Τα ιόντα αποκτούν ή χάνουν ηλεκτρόνια στα ηλεκτρόδια, προκαλώντας οξείδωση των μορίων κοντά στην άνοδο και μείωση αυτών που βρίσκονται κοντά στην κάθοδο. Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς βιομηχανικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της μεταλλουργίας, της παραγωγής χημικών ουσιών όπως το χλωρικό κάλιο και το (KClO3) τριφθοροξικό οξύ (C2HF3O2) και η εκχύλιση πολύ δραστικών στοιχείων που δεν βρίσκονται στη στοιχειακή τους μορφή στη φύση, όπως ως νάτριο και μαγνήσιο.