柠檬酸是一种弱酸，在人体代谢中发挥关键作用。英国科学家克雷布斯因为发现“柠檬酸循环”而获得1953年诺贝尔生理学或医学奖。
水果柠檬的汁液中含有大量柠檬酸，但在本实验中扮演了另一种角色——充当“柠檬电池”的电解质。凡能产生自由离子而导电的化合物都是电解质，此处柠檬酸溶液就提供了带正电荷的氢离子和带负电荷的柠檬酸根离子。锌片插入柠檬后发生氧化反应（即失去电子的反应）。每个锌原子会失去2个电子变成带正电的锌离子进入柠檬酸溶液，生成柠檬酸锌，而将电子储备在锌片上“待命”。于是锌片对于柠
檬酸溶液表现为负电位。插入柠檬的铜片化学性能没有锌活泼，或者说不容易失去电子，因此和柠檬酸溶液的电位差距不大。当导线把锌片和铜片连接起来后，由于电位差的存在，电子从锌片流向铜片。柠檬酸溶液中带正电的氢离子便在铜片上发生还原反应（得到电子的反应）而生成氢气。
在“柠檬电池”中，发生氧化反应的电极是阳极，发生还原反应的电极是阴极。从另一个角度，电势较高的电极是正极，电势较低的电极是负极。因此在“柠檬电池”中锌片既是阳极又是负极，铜片既是阴极又是正极。电解质、阴极、阳极是化学能电池的三要素。“柠檬电池”属于一次性的“原电池”。
一个“柠檬电池”的电流虽然微弱，但多个柠檬电池串联起来，便能点亮LED灯泡和运行电子表。有人计算，600万个柠檬电池的功率加起来相当于一台汽车的电瓶。
苹果、梨子、番茄、西瓜、洋葱、土豆等都能成为“水果电池”的电解质。锌片和铜片也能用铅、铁、铝、镁等其他导电体代替。
柠檬不会凭空产生能量，只是将化学能转变为电能。锌在柠檬酸溶液中氧化，电子降到更低能态，相当于释放了锌在电解法生产时需要的能量。
1800年，意大利物理学家伏打用银板和锌板夹一层浸透食盐水的纸板堆成圆柱状，这就是人类最早的电池“伏打电堆”。其中的道理和柠檬电池是一样的。