Akumulator ołowiowy jest zbudowany z szeregowo połączonych ogniw stanowiących dwa zespoły płytek lub siatek ołowianych. Część z nich pokrywa gruba warstwa tlenku ołowiu(IV), a część gąbczasty metaliczny ołów. Płytki są zanurzone w elektrolicie będącym 25% roztworem kwasu siarkowego(VI). Konstrukcja tego układu zapewnia jak największą powierzchnię styku płytek z roztworem elektrolitu. Na anodzie, którą stanowi ołowiana płytka, zachodzi reakcja utleniania ołowiu do jonów. Jony te reagują z obecnymi w elektrolicie anionami siarczanowymi(VI), tworząc nierozpuszczalny PbSO4. Proces katodowy polega na redukcji, zachodzącej w środowisku kwaśnym, tlenku ołowiu(IV) do jonów Pb2+. Kationy te reagują z anionami siarczanowymi(VI). W trakcie pracy akumulatora, na obu elektrodach powstaje nierozpuszczalny PbSO4, który ogranicza kontakt elektrod z elektrolitem. Na katodzie powstaje woda, która rozcieńcza elektrolit.
Powstawanie nierozpuszczalnego PbSO4 i wody sprawia, że spada SEM akumulatora. Spadek poniżej 1,8 V grozi powstaniem nieodwracalnych uszkodzeń, dlatego powinno się ładować akumulator przed jego całkowitym rozładowaniem.