在負極（金屬鋰）一側使用有機電解液，在正極（空氣）一側使用水性電解液。在兩種電解液之間設置只有鋰離子穿過的固體電解質膜，將兩者隔開。這樣便可防止電解液混合，并促進電池發生反應。

負極用電解液組合使用的是含有鋰鹽的有機電解液。雖然不能棄用有機溶媒，但卻限定了使用方法。正極用水性電解液使用堿性水溶性凝膠，與微細化后的碳和低價氧化物催化劑形成的正極組合。

在鋰-空氣電池中，由于放電反應生成的并非是固體的Li2O，而是容易溶解在水性電解液中的LiOH(氫氧化鋰)。氧化鋰在空氣電極堆積后，不會導致工作停止。水及氮等也不會穿過固體電解質的隔壁，因此不存在與負極的鋰金屬發生反應的危險。而且，在充電時，如果配置充電專用的正極，還可防止充導電致空氣電極的腐蝕和老化。