通常由高分子聚合物主链和带有酸性基团（常见为磺酸基团）的侧链构成。高分子聚合物主链提供了膜的基本结构支撑和机械强度，磺酸基团则是实现质子传导的核心部分，它在水分子存在的情况下能够解离出质子，并借助氢键等作用使质子在膜内实现快速迁移，保障水电解制氢过程中质子的顺利传递。具备较高的质子传导效率，耐受水电解制氢过程中阳极产生的强氧化性环境以及电解液的酸性环境等，具备足够的机械强度，同时又具有一定的柔韧性。对阳极产生的氧气和阴极产生的氢气具有较低的渗透率，最大限度地减少气体在膜内的混合。
电解水用质子交换膜包含均质膜和增强膜，具备出众的电学性能，阻气性能，能够满足PEM电解水制氢系统对产品高功率密度、低气体渗透率、高稳定性和耐高压等需求。
质子传导功能：在水电解制氢过程中，水在阳极发生氧化反应产生氧气、质子和电子，质子交换膜能够高效地传导这些质子，使其从阳极侧迁移到阴极侧，为生成氢气提供必要条件。
分隔阴阳两极电解液功能：作为隔膜，将水电解槽的阳极、阴极电解液分隔开，确保两极氧化还原反应能在各自独立且稳定的环境中有序进行，提高制氢的效率和纯度。
气体阻隔功能：有效阻隔阳极产生的氧气和阴极产生的氢气，阻止它们在膜内相互渗透、混合，保障生成的氢气和氧气具有较高纯度，并提高整个水电解制氢系统的安全性。
能源行业：在可再生能源如太阳能、风能制氢领域应用广泛，通过水电解制氢将电能转化为化学能储存起来，而质子交换膜是其中的关键材料，有助于实现大规模、高效的绿氢生产，为未来的氢能社会提供清洁的氢源。
化工行业：作为化工生产中氢气的重要来源之一，水电解制氢结合质子交换膜可制取高纯度氢气，满足化工生产中对氢气质量要求较高的工艺环节。如在合成氨、石油炼制中的加氢精制等过程，为化工产品的高质量生产提供原料保障。
交通行业：随着氢能在交通领域的发展，水电解制氢质子交换膜也间接发挥重要作用。通过水电解制氢制取的氢气可用于燃料电池汽车等交通工具的加氢站，为燃料电池汽车提供清洁的氢燃料，推动交通行业的绿色低碳转型。
