Le celle agli Ioni di Litio, il cui numero dipende dal dispositivo a cui sono collegate, sono composte da una complesso strato interno, costituito da Carbonio e Litio, interconnessi mediante uno strato di materiale altamente conduttivo. Le celle sono pressurizzate al'interno di un involucro di metallo, attraverso il quale è possibile monitorare l'incremento o il decremento della temperatura. Il sensore, chiamato PTC - Positive Temperature Coefficient- è posto al di sopra della cella, rileva e permette di interrompere l'uso della cella quando la temperatura interna aumenta al di sopra di un certo valore. 

Gli strati di Carbonio e di Litio rappresentano invece il cuore del funzionamento delle batterie al Litio. Essi infatti, sono l'anodo e il catodo della batteria. Per mezzo delle loro caratteristiche chimiche hanno la capacità di "attirare" e "trattenere" le carica per un tempo molto lungo. In questo senso, possiamo assimilare la loro azione a quella delle lastre di un comune capacitore, ma con caratteristiche molto più interessanti. 

Gli strati di Carbionio (negativo) e il Litio Ossido di Cobalto (positivo), sono due elettrodi che si prestano molto bene a questo tipo di situazione, in relazione alle loro qualità chimiche. Infatti essi, quando immersi in un campo elettrico (definito energia di irradiamento), rilasciano Ioni, ovvero elettroni che si staccano dagli atomi e diventano liberi. Quando la batteria è collegata ad una fonte di alimentazione, infatti, gli elettroni dello strato di Litio lasciano gli atomi e attraversano lo strato sparatore (SEI), costituito di materiale di gel polimerico elettrolita. Il movimento di tali elettroni è così veloce da produrre una tensione molto elevata soprattutto in relazione allo spazio ridottissimo in cui avviene il fenomeno (nanometri, un miliardesimo di metro). Le tensione all'interno della cella è stimata intorno ai 3.7 Volts. Con tale tensione continua la cella produce un'energia sufficiente ad alimentare i normali circuiti elettronici. Attraverso sistemi in parallelo si possono raggiungere tensioni anche molto più elevate.

Una volta raggiunto lo strato di Carbonio, gli elettroni si "allacciano" ai suoi atomi, rimanendo bloccati a causa di forze elettriche che si generano internamente. Il processo di carica si conclude quando la "ionizzazione", termine con il quale si identifica il processo di trasferimento degli ioni, è completa. E' importante sottolineare che è l'energia di irradiamento che permette lo spostamento degli ioni in una precisa direzione, ovvero dall'anodo al catodo.

Durante la fase di scarica, ovvero quando il dispositivo è in funzione, infatti, l'energia di irradiamento, interna ad esso, determina lo spostamento in direzione contraria, ossia dal catodo (Carbonio) all'anodo (Litio). Sappiamo, però, quanto la fase di scarica sia molto più lenta di quella di carica, perché la batteria Li-ion possa caricarsi in poco tempo e durare di più.  

La durata di scarica della batteria Li-Ion installata sui moderni dispositivi portatili come smartphone, tablet e e-book, dipende naturalmente dalle condizioni di utilizzo del dispositivo. Più energia richiede il dispositivo per funzionare, più la fase di scarica è veloce, ovvero con maggiore velocità gli ioni tornano a formare legami con gli atomi dello strato Litio. Per quanto possa essere veloce, però, la fase di scarica sarà sempre più lenta della fase di carica, in quanto il Carbonio è più resistente alla ionizzazione.