镍镉电池的原理
负极的镉（Cd）与氢氧化钠（NaOH）中的氢氧离子（OH-）结合，生成氢氧化镉，氢氧化镉附着在阳极上，并释放出电子。电子沿着导线向阴极移动，与阴极的二氧化镍和氢氧化钠溶液中的水发生反应，生成氢氧化镍和氢氧离子。氢氧化镍会附着在阳极上，而氢氧离子会回到氢氧化钠溶液中，因此氢氧化钠溶液的浓度不会随着时间的推移而降低。
放电反应公式：
负极反应：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-
正极反应：2NiO(OH) + 2H2O+2e-=2Ni(OH)2 + 2OH-
总反应：Cd+NiO(OH)+H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2
充电反应公式：
正极反应：Ni(OH)2 –e + OH- = NiO(OH) + H2O
负极反应：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-
总反应：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+2NiO(OH)+H2O
镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参与化学反应，主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止团聚，提高极板的容量。将活性物质分别包在穿孔钢带内，压制成型，就成为电池的正极板和负极板，极板间用耐碱硬橡胶绝缘棒或穿孔聚氯乙烯瓦楞板隔开，电解液通常为氢氧化钾溶液。与其他电池相比，NiCd电池的自放电率(即电池在不使用时失去电量的速度)适中。NiCd电池在使用过程中，如果在不完全放电后再次充电，则在下次放电时不能将电量全部放完。例如，在放完 80% 的电量后再充满电，电池只能放出 80% 的电量，这就是所谓的记忆效应。当然，经过几次完整的放电/充电循环，NiCd 电池就会恢复正常工作。由于 NiCd 电池有记忆效应，如果未完全放电，应将每节电池放电至 1V 以下后再进行充电。
NiCd 电池的恒定电流充电范围从 0.05C 到大于 1C。一些低成本充电器使用绝对温度来终止充电。这种充电终止方法虽然简单且成本低廉，但并不准确。更好的方法是通过检测电池充满时的电压降来终止充电。对于充电率为 0.5C 或更高的 NiCd 电池，-ΔV 方法最有效。-ΔV 充电终止检测应与电池温度检测相结合，因为老化的电池和不匹配的电池可能会降低 ΔV。
通过检测温升率（dT/dt），可以实现更准确的满充电检测，这比固定温度终止对电池更有利。基于ΔT/dt和-ΔV组合的充电终止方法可以避免电池过充，延长电池寿命。快速充电可以提高充电效率。在1C的充电速率下，效率可以接近1.1（91%），充满空电池的时间约为1小时多一点。当以0.1C充电时，效率下降到1.4（71%），充电时间约为14小时。
由于镍镉电池几乎可以接受 100% 的电量，因此在充电的前 70% 期间几乎所有的能量都被吸收，电池保持低温状态。超快速充电器利用这一特性在几分钟内将电池充电至 70%，以几 C 的电流充电而不会产生热量。充电至 70% 后，电池继续以较低的速率充电，直至充满。最后，以 0.02C 至 0.1C 的涓流结束充电。