鎳鎘蓄電池的正極材料為化亞鎳和石墨粉的混合物，負極材料為海綿網篩狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為或氫。當環境溫度較高時，使用密度為1.17～1.19（15℃時）的化鈉溶液。當環境溫度較低時，使用密度為1.19～1.21（15℃時）的化鉀溶液。在-15℃以下時，使用密度為1.25~1.27（15℃時）的化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40（15℃時）的化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加15~20g）。

鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質變為化鎳〔NiOOH〕，負極板上的活性物質變為金屬鎘；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質變為化亞鎳，負極板上的活性物質變為化鎘。