Saflaştırılmış doymuş tuzlu su anot bölmesine beslenirken, saf su (belirli miktarda NaOH çözeltisi ile desteklenmiş) katot bölmesine beslenir. Elektrik akımının uygulanması üzerine, H₂ üretmek için katot yüzeyinden su boşalır ve Na⁺ iyonları, iyon- değişim membranı boyunca anot bölmesinden katot bölmesine göç ederek katolit içinde NaOH oluşumuna neden olur; eşzamanlı olarak Cl⁻ iyonları anot yüzeyinden boşalarak Cl₂ üretir. Anot bölmesinden boşaltılan tükenmiş tuzlu su, tuz eklenerek konsantrasyonu yeniden sağlandıktan sonra geri dönüştürülebilir.
Katot bölmesine NaCl çözeltisi yerine saf su enjekte edilir çünkü burada meydana gelen reaksiyon 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑'dir ve Na⁺ iyonları NaOH çözeltisi oluşturmak üzere iyon-değişim membranından geçer. Bununla birlikte, elektrolizin başlangıcında, yeni yabancı maddeler eklemeden çözeltinin elektriksel iletkenliğini arttırmak için genellikle katot bölmesindeki suya belirli bir miktarda NaOH çözeltisi eklenir.