Během procesu nabíjení se síran olovnatý (PbSO4) přeměňuje na oxid olovnatý (PbO2) na kladné desce a na houbovité olovo (Pb) na záporné desce. Naopak během procesu vybíjení se oxid olovnatý a houbovité olovo přeměňují zpět na síran olovnatý.
Elektrolytem v olověné baterii je roztok kyseliny sírové (H2SO4) a vody. Během procesu nabíjení se kyselina sírová přeměňuje na vodu a plynný kyslík. Voda se poté znovu spojí s plynným kyslíkem za vzniku kyseliny sírové během procesu vypouštění.