有种光电化学电池是首先发生溶液中的光化学反应，然后才发生电化学反应。反应如果不分开在电极上进行，就是普通的光化学反应。例如光能使TiO2粉末产生电子—空穴对，由于TiO2禁带宽度较大，空穴的氧化能力很强，不仅能使水氧化，还能使许多有机物氧化为简单的无机物，如CO2与水。1971年日本学者又利用TiO2电极装成电池，实现了水的电解，获得氢气。
光化学电池一般装置比较简单，只要把适当的半导体电极插入相应的电解质溶液就可以，因而成本较低。而P—n结的太阳能光电池的材料制造技术较难。当前光化学电池在实际工业应用中遇到一些瓶颈，主要是转换效率较低，电极材料腐蚀严重，必须进一步研究以克服这些缺点。