从原理上讲，电化学电容器的电能存储机理有两种，一种是将电荷存储在电极/电解质溶液界面处电双层中，典型的高比表面积炭为电极材料;另一种是利用发生在电极表面的二维或准二维法拉第反应存储电荷，一般以某些过渡金属氧化物为电极材料，典型的代表是二氧化钌。
电化学电容器的单元由一对电极，隔膜和电解质组成，两电极之间为电子阻塞离子导通的隔膜，隔膜及电极均浸有电解质。用于电化学电容器电极材料的主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。碳基材料是目前工业化最成功的超级电容器电极材料，近来的研究主要集中在提高材料的比表面积和控制材料的孔径及孔径分布。
目前的碳基材料主要有:活性炭粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管、纳米碳纤维等。碳基材料性能稳定,价格便宜,但电极内阻较大,不适合在大电流下工作。金属氧化物主要集中在二氧化钌(RuO2)的研究上，其电导率比碳基材料大两个数量级,且在硫酸溶液中稳定,比电容高达768 F/g ,是目前较理想的金属氧化物电极材料，但其昂贵的价格限制了它的广泛应用。因此寻找一种性能稳定，价格低廉的电极材料成为电化学电容器研究的一个热点。
它是一种介于电容器和电池之间的新型储能器件。与传统的电容器相比，电化学电容器具有更高的比容量。与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放大电流，充电时间短，充电效率高，循环使用寿命长，无记忆效应和基本免维护等优点。因此它在移动通讯，消费电子，电动交通工具，航空航天等领域具有很大的潜在应用价值。