電化學儲能本質上是將電能儲存成化學能，然後通過化學電池的機制釋放出來，放入電網中，再變回電能。電化學儲能包括鋰離子、鈉離子和液流，其中鋰離子最為成熟，鈉離子和液流還有待開發。
超級電容器是介於傳統電容器和充電電池之間的壹種新型儲能器件，容量可達數百至數千法拉。與傳統電容器相比，它具有更大的容量、比能量或容量密度、更寬的工作溫度範圍和超長的使用壽命。與電池相比，比功率更高，對環境無汙染。
與抽水蓄能相比，電化學最大的優勢在於其靈活性。它可以在小型企業或家庭周圍建設小型儲能站，也可以在大型工廠和電站的水平上建設，如靠近沿海的風力電站或沙漠中的光伏電站。
電化學儲能最具商業潛力的是鋰離子電池。鋰電池已經發展了很多年。隨著電動汽車的普及，無論是技術成熟度還是成本都達到了每年幾百GW/h的量產水平，使得儲能電池的成本從3元降到了1.5元。
燃料電池是將燃料的化學能直接轉化為電能的化學裝置，也稱為電化學發電機。是繼水力發電、火力發電、原子能發電之後的第四種發電技術。
由於燃料電池通過電化學反應將燃料化學能中的吉布斯自由能部分轉化為電能，不受卡諾循環效應的限制，因此效率高。
另外，燃料電池以燃料和氧氣為原料，同時沒有機械傳動部件，所以有害氣體排放少，使用壽命長。因此，從節能和保護生態環境的角度來看，燃料電池是最有前途的發電技術。