Anoda litij-ionske baterije obično je izrađena od litijevih aktivnih spojeva' dok je katoda posebna molekularna struktura ugljika. Glavna komponenta uobičajenog anodnog materijala je LiCoO2. Tijekom punjenja, električni potencijal dodan polovima baterija prisiljava anodne spojeve da oslobađaju litijeve ione i ugrađuju ih u ugljik s laminarnom strukturom raspoređenom od molekula katode. Kada se isprazne, litijevi ioni se izvlače iz lamelarnog ugljika i ponovno spajaju s pozitivnim spojem. Kretanje litijevih iona stvara litijeve baterije velikog kapaciteta.
Iako je načelo kemijske reakcije vrlo jednostavno, međutim, u stvarnoj industrijskoj proizvodnji treba razmotriti još mnogo praktičnih problema: materijal pozitivne elektrode treba aditive za održavanje aktivnosti višestrukog punjenja, a materijal negativne elektrode treba dizajnirati na razini molekularne strukture za smještaj više litijevih iona; Pored održavanja stabilnosti, elektrolit napunjen između pozitivne i negativne elektrode mora imati dobru električnu vodljivost kako bi smanjio unutarnji otpor baterije.
Iako litij-ionske baterije imaju malo memorijskih učinaka nikal-kadmijevih baterija, koje djeluju kristalizacijom, rijetko proizvode takvu reakciju u litij-ionskim baterijama. Međutim, kapacitet litij-ionskih baterija i dalje će se smanjivati nakon višestrukog punjenja i pražnjenja. Razlozi su složeni i raznoliki. To je uglavnom promjena samih anodnih i katodnih materijala. S molekularne razine, struktura šupljine koja sadrži litijeve ione na anodi i katodi postupno će se urušavati i blokirati. S kemijskog gledišta, aktivna pasivizacija anodnih i katodnih materijala rezultira sporednim reakcijama i stvara stabilne druge spojeve. U fizici će također doći do postupnog ljuštenja materijala pozitivne elektrode, što u konačnici smanjuje broj litijevih iona u bateriji koji se mogu slobodno kretati tijekom punjenja i pražnjenja.
