钠离子电池是一种充电电池，它的工作原理与锂离子电池相似。钠离子电池在充电过程中，钠离子从阴极脱出并嵌入阳极，同时电子通过外部电路，嵌入阳极的钠离子越多，充电容量越高；放电时，发生相反的过程，回到正极的钠离子越多，放电容量越高。与所有充电电池一样，钠离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成。
锂离子电池和钠离子电池的正负极材料选择有很大区别。在锂离子电池中，正极材料无法使用的铜、铁等元素在钠离子电池中却有很好的表现。

正极材料要求使用钠离子的活性材料，主流钠离子电池正极材料包括：过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝化合物和液态钠等。据这类材料需要具有良好的电化学性、安全性、化学稳定性和热稳定性，从而具备较高的理论比容量和电池循环寿命。
过渡金属氧化物是目前最受欢迎的正极材料，例如磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等，这些正电极材料在理论上具有较高的放电比容量，但循环性能较差。但通过引入活性或惰性元素进行掺杂或取代，可以改善其缺点。目前过渡金属氧化物体系表现最佳，中科海钠使用的铜基氧化物电池表现优越，能量密度达到145 Wh/kg；英国FARADION公司的镍层状氧化物电池，质量能量密度达到150Wh/kg~160Wh/kg，远超其他钠离子电池体系。聚阴离子型化合物，例如磷酸钒钠和氟磷酸钒钠材料，具有较好的热稳定性、安全性和循环寿命。然而这类材料的理论比容量和导电性普遍较低。通过添加导电碳或者碳包覆可以提升其电化学性能，但同时会导致能量密度降低。
普鲁士蓝类材料，具有较好的电化学性能，具备成本低、稳定性好等优点，通过表面改性处理之后，材料自身的稳定性加强了，增加了循环寿命、活性材料的利用率，增强了电池的热稳定性和可逆比容量，但在制备过程中存在配位水含量难以控制等问题。
熔融硫是钠硫电池的正极材料。钠硫电池是一种由熔融钠和熔融硫构成的熔盐电池。这类电池具有高能量密度、高充电、高放电效率和长循环寿命的特点，并且由廉价的材料制造。然而，由于在空气和湿气中的钠反应性极强，它们存在一些安全隐患。在大多数项目中，钠硫电池以圆柱形和块状生产，适合被用于高功率和长放电应用。