元素的氧化态用氧化值表示。氧化值发生变化的反应称为氧化还原反应，氧化是指氧化值增高的过程，还原是指氧化值降低的过程。

自发进行的氧化还原反应，可以设计成为一原电池。原电池中发生的总反应称为电池反应，它由两个电极反应（半电池反应）构成。在金属表面与溶液之间会形成双电层结构，双电层之间存在电势差，称为电极电势 φ。当电路中电流趋近零时，原电池两极间的电势差为电池的电动势 E= φ ₊- φ _-。盐桥用于导电并消除液接电势。原电池可用电池符号表示。

以标准氢电极作为参比，规定 φ _SHE=0.00000V，可确定各种电极的标准电极电势 φ ^⊖。标准电极电势 φ ^⊖用于比较在标准状态下，各种氧化剂和还原剂的相对强弱。

非标准状态下的电极电势可由Nernst方程式求得：

标准状态下，可根据电池电动势 E判断氧化还原反应的方向。非标准状态下，需用 E判断反应进行的方向。 E＞0时，正向反应自发进行； E＜0时，正向反应不能自发进行。

以玻璃电极做指示电极，饱和甘汞电极做参比电极，制作原电池，通过测量电池电动势计算溶液pH值。