Lityum-iyon piller, negatif elektrot olarak karbon malzemeleri ve pozitif elektrot olarak lityum- içeren bileşikleri kullanır. Metalik lityum mevcut değildir; yalnızca lityum iyonları mevcuttur. Lityum-iyon pil, pozitif elektrot malzemesi olarak lityum-iyon ara katman bileşiklerini kullanan piller için genel bir terimdir. Bir lityum-iyon pilin şarj ve deşarj işlemi, lityum-iyon ara katmanı ve ara katmandan arındırma işlemidir. Bu işlem sırasında, eşdeğer sayıda elektron eş zamanlı olarak aralanır ve aralanır (geleneksel olarak, pozitif elektrot aralanma veya aralanma ile gösterilirken, negatif elektrot yerleştirme veya ayrılma ile gösterilir). Şarj etme ve boşaltma sırasında, lityum iyonları pozitif ve negatif elektrotlar arasında ileri geri hareket eder, araya girer/çıkarır ve yerleştirme/çıkarma işlemine mecazi olarak "sallanan sandalye pili" adı verilir.
Pil şarj edildiğinde pozitif elektrotta lityum iyonları üretilir. Üretilen bu lityum iyonları elektrolitten negatif elektroda doğru hareket eder. Negatif elektrot olarak kullanılan karbon, birçok mikro gözenek içeren katmanlı bir yapıya sahiptir. Negatif elektrota ulaşan lityum iyonları bu mikro gözeneklere karışır. Ne kadar çok lityum iyonu araya girerse, şarj kapasitesi o kadar yüksek olur. Benzer şekilde pil boşaldığında (yani pili kullandığımızda), negatif elektrotun karbon tabakasına gömülü lityum iyonları serbest kalır ve pozitif elektrota geri döner. Pozitif elektrota ne kadar çok lityum iyonu dönerse, deşarj kapasitesi de o kadar yüksek olur.
