反应过电压在阴极和阳极的电极上都有发生。阴极发生的是氧气的还原反应，即氧气与从阳极传递过来的氢离子反应生成水，而阳极的反应速度控制步骤是氢气的吸附过程。总的反应过电压就等于阴极和阳极的活化之和 。

电池的活化就表示成了电池的温度、电流和物质浓度的函数。各个ξi的值可以根据测量的PEMFC曲线，通过拟合程序得到。由于物质浓度不是PEMFC主要的操作参数，所以，可将它们进一步表示成温度和压力的函数：

1905年，Tafel报道了在各种各样的电化学反应中电极表面的过电压的相似模式。该模式揭示了电极表面的过电压与电流的近似对数比例关系：

式中：

当电流密度为零时，并不是燃料电池内没有发生反应，而是正、逆反应趋于平衡，此时的电流密度就称为交换电流密度。交换电流密度高，说明在燃料电池电极上发生的反应剧烈，反应过电压小。研究发现，活化主要发生在阴极侧，阳极产生的电压很小 。

反应过电压是指能量在转化过程中会不可避免地发生一些不可逆损失，该电压损失的作用是在化学反应中驱使电子到达或者离开电极。在反应中除去导线，电解质溶液的电压损耗，还存在着与电极反应有关的附加电压，这部分电压，称之为过电压。由此看来，实际分解电压应等于理论分解电压、欧姆电压降和过电压之和 。

谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。

一般按起因分为：

①线性谐振过电压。

②铁磁谐振过电压。

③参量谐振过电压。

操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，常见的有：

①空载线路合闸和重合闸过电压。

②切除空载线路过电压。

③切断空载变压器过电压。

④弧光接地过电压 。

过电压一般分成两大类：雷电过电压和内部过电压。

雷电过电压与气象条件有关，是外部原因造成的，因此又称之为大气过电压或外部过电压。

雷电过电压一般分成：直接雷击过电压、雷电反击过电压、感应雷过电压和雷电侵入波过电压。

在输电线路附近有雷云，当雷云处于先导放电阶段，先导通道中的电荷对输电线路产生静电感应，将与雷云异性的电荷由导线两端拉到靠近先导放电的一段导线上成为束缚电荷。雷云在主放电阶段先导通道中的电荷迅速中和，这时输电线路导线上原有束缚电荷立即转为自由电荷，自由电荷向导线两侧流动而造成的过电压为感应过电压。