目前（元琛科技）學術界公認的質子傳遞機理主要分成兩種:Vehicle 機理和 Grotthuss 機理。Vehicle 機理認為質子與載體結合，以水合氫離子的形式在電滲、濃度差和壓差作用下擴散傳遞，質子傳遞量受載體擴散速率影響，載體之間無質子交換。Grotthuss 機理認為質子沿氫鍵，在載體分子之間以跳躍或結構擴散的形式傳遞，質子的傳遞量主要由載體本身結構、濃度以及質子在載體之間傳遞所需要的活化能等因素決定。
質子交換膜根據含氟情況進行分類，主要可分為四類，全氟質子交換膜、部分氟化聚合物膜、新型非氟聚合物膜、復合膜。
1、全氟磺酸膜
全氟磺酸離子交換膜由碳氟主鏈和帶有磺酸基團的醚支鏈構成，具有極高的化學穩定性，是目前應用最廣泛的燃料電池膜材料。其質子導電率在80℃和完全潤濕條件下可達0. 10S·cm-1以上。由于全氟磺酸樹脂(PFSA) 分子的主鏈具有聚四氟乙烯結構，具有優良的熱穩定性、化學穩定性和較高的力學強度，聚合物膜的使用壽命較長；同時分子支鏈上的親水性磺酸基團能夠吸附水分子，具有優良的離子傳導特性。
2、非全氟化質子交換膜
非全氟化主要體現在用取代的氟化物代替氟樹脂，或者是用氟化物與無機 或其他非氟化物共混。
3、無氟化質子交換膜
無氟化膜實質上是碳氫聚合物膜，它不僅成本低而且環境污染相對較小，是質子交換膜發展的一大趨勢。無氟化烴類聚合物膜用于燃料電池的主要問題是它的化學穩定性，目前具有優良的熱和化學穩定性的高聚物很多，如聚苯醚、芳香聚酯、聚苯并咪唑、聚酰亞胺、聚砜、聚酮等，其關鍵在于如何將它們經過質子化處理用于質子交換膜燃料膜電池。
4、復合膜
全氟型磺酸膜在低濕度或高溫條件下因為缺水導致的電導率低，以及阻醇性能差等缺點，近年來，通過復合的方法來改性全氟型磺酸膜有了較多的研究報道。增強型全氟化質子交換膜主要包括 PTFE/全氟磺酸復合膜和玻璃纖維/全氟磺酸復合膜。高溫型復合質子交換膜主要包括雜多酸/全氟磺酸復合膜和無機氧化物/全氟磺酸復合膜。
