镍镉电池于1899年发明，直至1995年左右镍氢电池投入商业应用之前，镍镉电池一直是常见的蓄电池商业产品。

其原理为：位于负极的镉和氢氧化钠中的氢氧根离子化合成氢氧化镉，并附着在阳极上，同时也放出电子。电子沿着电线至阴极，与阴极的二氧化镍和氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子，氢氧化镍会附着在阳极上，氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中。

反应方程式为：

负极反应：Cd(OH)₂+2e⁻⇌Cd+2OH⁻

正极反应：Ni(OH)₂+OH⁻⇌NiO(OH)+H₂O+e⁻

总反应：Cd(OH)₂+2Ni(OH)₂⇌Cd+2NiO(OH)+2H₂O

（充电时反应由左向右进行，放电时反之）

镍镉电池存在“记忆效应”，这是指其会记住此前的放电所取用的电量，在此后的循环充放电过程中，电池的放电量大于此前的放电量后电池电压将迅速跌落而失去供电能力。这一现象是可以由1、2次的完全放电而解决。

镍镉电池含有6%（工业电池）～18%（商品电池）的镉。镉是一种有毒的重金属元素，即使在进行填埋或者焚烧处理后也会产生大量污染，所以在电池回收处理时需要特别的工艺流程。在美国，购买镍镉电池的价格包括电池处理费用（在电池生命周期结束之后的回收处理费用）。根据欧盟的电池和蓄电池指令，禁止使用除了用于医疗、警报系统、紧急照明和便携式电动工具之外的镍镉电池，且使用过的工业用镍镉电池必须由其生产商进行回收，以便使用专业设备进行处理。