Une batterie au plomb est composée de plusieurs cellules d'accumulateurs montées en série. La tension d'une batterie au plomb est toujours multiple de 2 Volts environ.
La batterie d'un véhicule (automobile, motocyclette) actuel (2005), comporte six cellules, elle a donc une tension électrique de l'ordre de 12 Volts. Pour les poids lourds et les bateaux, on trouve plutôt des batteries de 24 Volts, pouvant, dans le cas des bateaux permettre la vie à bord, ainsi que la génération de 220V par l'intermédiaire d'un onduleur.
En réalité, une batterie 12 Volts chargée affichera une tension de 12,8 à 13,2 Volts; si la tension d'une batterie chargée est inférieure à 11,4 Volts, la batterie sera en fin de vie. Même non branchée, une batterie au plomb se décharge lentement du fait de diverses réactions chimiques parallèles présentes, qui peuvent conduire à la "sulfatation" de la borne positive (poudre blanchâtre).

La capacité d'une batterie est donnée en Ah (Ampère Heure). Deux élements associés en série doubleront la tension disponible, pour une même capacité, mais deux éléments associés en parallèle doubleront la capacité de la batterie pour une tension disponible inchangée. Sa capacité disponible varie suivant le courant de décharge et est exprimée comme suit par convention: 12V 1000Ah C/20, qui signifie que la batterie déchargé à un courant de 1 vingtième de sa capacité pourra fournir 1000Ah. La même batterie déchargé à un courant plus important tel que C/2 aura une capacité utile plus faible de l'ordre de 80% de celle à C/20. De la même manière cette batterie soumise à un courant de décharge de C/50 (soit 20A) pourra fournir + de 1000Ah. Le phénomène est connu sous le nom de effet Peukert et est lié à la résistance interne de la batterie; plus on décharge fort et plus la chute de tension est importante, faisant atteindre le seuil de tension minimale critique plus rapidement (10,75V pour une batterie plomb) et obligeant à stopper la décharge sous peine de détérioration.

La capacité indiquée d'une batterie n'est en aucun cas sa capacité utilisable sans détérioration. Suivant le type de batteries, on pourra utiliser de 80% (batteries stationnaires) à 10% (batteries de démarrage) de cette capacité.

Fonctionnement

Pendant la charge et la décharge, la constitution chimique des électrodes varient.

Décharge

• Electrode positive + ou cathode : le dioxyde de plomb PbO₂ (dépôt brun) se transforme en sulfate de plomb PbS0₄ en libérant de l'oxygène O₂ et en consommant des électrons.

• Electrode négative - (anode) : le plomb fixe la partie sulfurée de l'acide pour donner du sulfate de plomb PbSO₄ et libérer des électrons.

Dans les deux cas, du sulfate de plomb est produit par les réactions chimiques.

Charge

Les réactions chimiques s'inversent et les plaques retournent progressivement à leur état d'origine. Comme il faut apporter les électrons consommés à la borne négative, il est impératif de brancher la borne moins - du chargeur sur la borne moins de la batterie. Une batterie au plomb se charge au maximum en lui délivrant un courant égal à 10% de sa capacité : pour une batterie de 1000Ah on utilisera un chargeur 80 à 100A. Utiliser un chargeur trop puissant endommagerait la batterie, et un chargeur pas assez puissant n'arriverait pas à la charger. De plus, la durée de charge augmente sur les derniers 10% de la capacité.

Défauts

• Théoriquement oxygène et hydrogène se recombinent tandis que le sulfate de plomb qui se forme pendant la réaction disparaît.
• En pratique, du fait de la présence d'une différence de potentiel (tension) une partie de l'eau disparaît sous forme de dégagement d'oxygène et d'hydrogène, et du sulfate de plomb se dépose petit à petit (en particulier à la borne postive de la batterie), ce qui conduit à la détérioration lente de la batterie. Ce phénomène explique la décharge lente d'une batterie qui n'est pas branchée. Un couvercle et une ventilation haute et basse de la batterie (dans le cas d'une batterie stationnaire) doivent être prévu pour exporter l'hydrogène hors du lieu d'utilisation de la batterie. La ventilation peut être active ou passive.
• Les compartiments d'une batterie ne doivent pas contenir d'impuretés sous peine d'introduire des réactions chimiques parasites qui favoriseront la détérioration de sa capacité à stocker l'énergie électrique. C'est pourquoi il est nécessaire de compléter les niveaux avec de l'eau déminéralisée.
• Du fait de la présence de plomb en grande quantité, une batterie est un objet lourd (compter environ une tonne pour une batterie stationnaire de 1000Ah).
• Le prix des batteries augmentent avec les besoins croissants de la Chine (principalement) en matières premières (plomb).
• La charge comme la décharge d'une batterie sont exothermiques.