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Die normale Wasserstoffelektrode stellt den Nullpunkt auf einer Skala von Elektrodenpotentialen dar, die von Chemikern verwendet werden, um Redox- (d. h. Oxidations-Reduktions-) Reaktionen zu verstehen. Sie ist im Wesentlichen eine Gaselektrode. Wasserstoffgas wird in eine Glaszelle injiziert, die eine Platinelektrode enthält (das Platin nimmt an keiner Reaktion teil). Die Gaselektrode wird in eine verdünnte Säurelösung (1 mol dm-3 H+ (aq)) eingetaucht, mit der das Wasserstoffgas reagiert. Die normale Wasserstoffelektrode wird unter Standardbedingungen der Temperatur (298 Kelvin) und des Drucks (1 Atmosphäre) gehalten. Normale Wasserstoffelektroden haben viele Anwendungen.
Die IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) führt die normale Wasserstoffelektrode als universelle Referenzelektrode auf, die als eine Elektrode mit einem Standard-Elektrodenpotential von Null unter Standardbedingungen bei allen Temperaturen angesehen wird. Die Zelle der normalen Wasserstoffelektrode wird mit einer anderen Zelle mit einer anderen Elektrodenart verbunden, um das Potenzial dieser anderen Elektrode zu messen. Die Zellen sind durch ein Draht verbunden, an dem auch ein Voltmeter (ein Instrument zum Messen in Volt der Potentialunterschiede zwischen verschiedenen Punkten eines elektrischen Kreises) angebracht ist. Eine Salzbrücke zwischen den beiden Zellen vervollständigt den Stromkreis. Die normale Wasserstoffelektrode wird als linke Elektrode angeschlossen.
Die normale Wasserstoffelektrode wird als ein Potenzial von Null angesehen, daher wird das Standard-Elektrodenpotential des getesteten Materials als gleich dem der gesamten Zelle angesehen. Wenn es negativ ist, hat die getestete Elektrode eine größere Tendenz, Elektronen zu verlieren als Wasserstoff. Wenn es positiv ist, ist die getestete Elektrode weniger bereit, Elektronen zu verlieren als Wasserstoff, und hat tatsächlich eine größere Tendenz, Elektronen aufzunehmen als Wasserstoff. Dies wird in der Praxis selten durchgeführt, da die Wasserstoffelektrode schwer zu handhaben ist.
Die Standard-Elektrodenpotentiale verschiedener Materialien können verglichen werden. Sie werden in der elektrochemischen Reihe von der negativsten bis zur positivsten angeordnet. Materialien, die sehr negativ sind, sind gute Reduktionsmittel, während die positivsten Materialien gute Oxidationsmittel sind. Die Richtung einer Redox-Reaktion zwischen zwei beliebigen Materialien in der Reihe kann durch Vergleich ihrer Standard-Elektrodenpotentiale vorhergesagt werden. Das negativere Material im Paar wird Elektronen verlieren (oxidiert), während das positivere Material sie aufnehmen wird (reduziert). Die Differenz muss jedoch mehr als 0,3 V betragen, damit eine Reaktion unter normalen Bedingungen stattfinden kann.
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