在阳极室，微生物作为催化剂发生生物催化反应，微生物氧化阳极室内基质中的某些组分（如乙酸盐、葡萄糖、氢气等），生成二氧化碳、质子和电子。产生的电子通过纳米导线、胞内传递等方式传递到阳极表面，随后通过外电路传导到阴极表面，质子则通过扩散方式到达阴极室。在阴极室，发生化学催化或生物催化反应，与扩散到阴极表面的质子和电子结合生成氢气、甲烷等产物。

微生物电解池可应用于水处理（脱盐、废水处理），与MFC结合，微生物电合成产品（甲烷、乙醇、丁醇，甲酸，乙酸，丁二酸和过氧化氢）。

影响微生物电解池性能的因素有很多，包括外加电压、pH、电解池的内阻、负载电阻、电极材料、阳极上产电微生物的活性及密度、电解池结构等。

MEC需要逐步克服限制性因素以提高产能或扩展应用范围，MEC研究有以下3方面趋势：①MEC影响因素的克服，可选择合适的条件，一定程度上缩短驯化周期。②功能驯化方面，可在产品低浓度条件下功能菌对目标污染物驯化、以克服待处理环境污染物种类和理化性质复杂、MEC产品浓度偏低和能量转化效率低等困难。③MEC应用拓展，除作为有机废水能源化处理新技术方法外，随着新材料和新方法引入本领域，MEC也发展出许多新应用及与其相适应的反应系统构型。这些新应用涉及处理废水、生产化学品等方面，也出现了中式研究报道，MEC研究开始走向工程应用。