膜电极(MEA)为多孔扩散电极，是DMFC的核心部件。膜电极通常由炭纸或炭布组成的扩散层和电催化剂、质子导体、粘结剂等组成的催化层构成。
膜电极的制备过程对其性能有很大影响。膜电极的制备方法主要有薄层印刷法、电化学沉积法、化学沉积法、溅射法等。聚四氟乙烯(PTFE)通常被用做粘结剂，同时增加电极的疏水性和气体通道。
目前DMFC膜电极还存在电极催化剂担载量较高和催化剂利用率较低等问题。阳极贵金属担载量一般2一6mgPt-Ru/c，阴极担载量4mgPt/c耐。将Nation聚合物均匀分散在炭载催化剂中，可形成较多的三相反应区，提高电极贵金属利用率，降低担载量。