钠硫电池由美国福特公司在1966年首先发明，开始是用于电动汽车。但在20世纪70年代末，由于钠硫电池需要的运行温度较高，在当时难以解决安全性和可靠性问题；而且镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等常温电池相继发明，取代了钠硫电池成为主流技术，使得作为车用电池定位的钠硫电池在大部分国家的研发出现停滞。从20世纪80年代开始，日本东京电力公司开始与其他公司合作开发将钠硫电池用于电力储能。钠硫电池技术已经在日本200多个地点得到了验证，主要用于削峰。德国、法国、美国等也在使用钠硫电池。

钠硫电池正极为液态（熔融）的硫，负极为（熔融）的钠，两者通过固态氧化铝陶瓷分离开，电解质只允许正钠离子通过和硫结合形成多硫化物：放电时，带正电的钠离子（Na⁺）通过电解质，而电子通过外部电路流动产生大约2伏的电压；充电时，整个过程逆转，多硫化钠释放正钠离子反向通过电解质重新结合为钠。

反应方程式为：

负极反应：Na⁺+e⁻⇌Na

正极反应：Na₂S_x⇌2Na⁺+xS+2e⁻

总反应：Na₂S_x⇌2Na⁺+xS

（充电时反应由左向右进行，放电时反之）

典型的钠硫电池的循环寿命周期是约为2500～4500次的充放电循环。该电池典型的能量功率密度分别为150～240千瓦时/立方米和150～230瓦/千克，并且单元效率很高（75%～90%），拥有的脉冲功率可达连续工作的6倍（脉冲时间可达30秒）。这种特性使钠硫电池可同时用于提高电力质量和调峰，具有很好的经济性。

整个电池正常工作需要保持温度在300～350℃。由于需要在高温下工作，因此它的主要缺点是需要热源，或使用电池自身存储的热量来维持系统温度，从而降低了电池的部分性能。安全性方面，由于金属钠性质活泼，当接触到空气和水时会自发的燃烧，所以电池系统必须远离水和氧化性环境。