电解水制氢机，是指通过电解水的方法制取氢气（同时制取氧气）的设备。水电解制氢时，水分子在直流电的作用下解离，在电解槽的阳极生成氧气，阴极生成氢气。在工业制氢技术层面上，电解制氢设备可以根据电解槽隔膜材料的不同，分为碱性水电解制氢设备(ALK)、质子交换膜水电解制氢设备（PEM）、固体聚合物阴离子交换膜制氢设备(AEM)和高温固体氧化物水电解制氢设备(SOEC)。水电解制氢设备按工作压力p（压表）可以分为常压、低压和中压三类：(a)，常压制氢设备p＜0.1MPa；(b)，低压制氢设备0.1MPa≤p＜1.6 MPa；(c)，中压制氢设备1.6 MPa≤p＜10 MPa。
在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质完全没有关系，发生电解作用的是作为溶剂的纯水，原来的电解质仍然留在水中。例如氢氧化钾、氢氧化钠、硫酸等均属于这类电解质。在电解水时，由于纯水的电阻率大，电流很小，导电能力低，电离度很小，属于典型的弱电解质，所以需要加入上述电解质，以增加水溶液的导电性能，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。
电解反应式：
阴极：4H2O + 4e- = 2H2↑ + 4OH-
阳极：4OH- - 4e- = O2↑ + 2H2O
总反应式：2H2O = 2H2↑ + O2↑
ALK（AWE）碱性水电解制氢技术是较早工业化的水电解技术，具有数十年的应用经验，技术较为成熟；近些年，PEM质子交换膜纯水电解制氢技术在产业化方面发展比较快；SOEC固体氧化物水电解技术处于初步示范阶段，AEM阴离子交换膜水电解制氢研究刚刚起步。
电解槽隔膜由新型复合隔膜组成，起到气体分离的作用。阴极和阳极由新型碱性析氢电极和新型碱性析氧电极组成，分解水产生氢和氧。工业碱水电解槽的电解液通常采用质量分数为20%~30%的氢氧化钾溶液。碱性水制氢技术成熟，碱性电解槽安全可靠，使用寿命长，投资和运行成本低，已实现工业大规模应用。
与碱性水电解制氢不同，PEM质子交换膜电解纯水制氢技术选用化学稳定性、质子传导性和气体分离性好的质子交换膜作为固体电解质，可防止电子转移，提高电解槽安全性。PEM电解槽的主要部件有质子交换膜、正负极催化层、正负极气体扩散层、正负极端板等。其中，扩散层、催化剂层和质子交换膜构成膜电极，是整个电解槽进行物料转移和电化学反应的主要场所。与碱性水电解制氢相比，PEM纯水电解制氢工作电流密度更高，总体效率、氢气体积分数、产气压力更高，体积更为紧凑，压力调控范围大，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性。
高温固体氧化物电解水制氢不同于碱性水电解和PEM纯水电解，高温固体氧化物电解水制氢采用固体氧化物作为电解质材料，工作温度为800~1000℃，制氢过程的电化学性能显著提高，效率更高。SOEC电解槽的电极采用非贵金属催化剂，阴极材料采用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，阳极材料采用钙钛矿氧化物，电解液采用YSZ氧离子导体。全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀。SOEC制氢技术能耗低且能量转换效率高，有望成为主流可再生能源规模化制氢技术，目前国内外均处于实验研发阶段。
AEM主要结构由阴离子交换膜和两个过渡金属催化电极组成，一般采用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质，并使用廉价非贵金属催化剂和碳氢膜。因此，AEM工艺具有成本低、启停快、耗能少的优点，集合了与可再生能源耦合时的易操作性，同时又达到与 PEM 相当的电流和效率。虽然AEM可以同时兼具PEM和ALK的技术优势，但由于处于发展初级阶段，目前AEM的产品寿命、产氢规模等方面是否能够满足商业化运行，还存在疑问。
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