Στην αρχική μη ενεργοποιημένη κατάσταση μιας από τις πειραματικές εκδοχές της νανομπαταρίας, μια νανομεμβράνη κρατά τον ηλεκτρολύτη μακριά από τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια (άνοδοι και κάθοδοι), προσφέροντας στην μπαταρία μεγαλύτερη διάρκειας ζωής. Σ' αυτήν τη μη ενεργοποιημένη κατάσταση (πάνω), οι άνοδοι ψευδαργύρου και οι κάθοδοι διοξειδίου του μαγγανίου (που χρησιμοποιούνται και στις κοινές «ξηρές» μπαταρίες) βρίσκονται στην κάτω πλευρά της μπαταρίας και έχουν διάταξη λωρίδων που απέχουν λίγο μεταξύ τους. Από πάνω τους, βρίσκεται μια κυψελωτή μεμβράνη φτιαγμένη από πυρίτιο και σκεπασμένη με ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου και πολυμερούς φθοράνθρακα. Πάνω από αυτό το φράγμα βρίσκεται το διάλυμα ηλεκτρολύτη (χλωριούχος ψευδάργυρος).

Στην ενεργή κατάσταση (κάτω), ο ηλεκτρολύτης έχει διαπεράσει την κυψέλη, έτσι που να καλύψει τόσο τις λωρίδες των ανόδων, όσο και τις λωρίδες των καθόδων. Από τη στιγμή που οι άνοδοι και οι κάθοδοι συνδεθούν μέσω του ηλεκτρολύτη, αντιδρούν χημικά, παράγοντας ηλεκτρισμό.

Το «νανογρασίδι» αποτελείται από στύλους διαμέτρου 300 νανόμετρων, που μοιάζουν με φύλλα γρασιδιού. Μια εντελώς νέα σχεδίαση μπαταρίας, αξιοποιεί διατάξεις σαν αυτή, για να κρατήσει τον ηλεκτρολύτη πάνω από το «νανογρασίδι» σε απόσταση από το ένα ηλεκτρόδιο, μέχρι η μπαταρία να ενεργοποιηθεί κατάλληλα

Οι μπαταρίες είναι στην ουσία χημικοί αντιδραστήρες. Μια συνηθισμένη αναλώσιμη μπαταρία αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια, μια άνοδο και μια κάθοδο. Οι χημικές ενώσεις που κάνουν τα ηλεκτρόδια να αντιδρούν το ένα με τ' άλλο μέσω του ηλεκτρολύτη, παράγουν ηλεκτρόνια. Το πρόβλημα είναι ότι οι αντιδράσεις αυτές γίνονται σε μικρότερη κλίμακα ακόμα κι όταν οι μπαταρίες δεν είναι τοποθετημένες σε συσκευές. Οι συνηθισμένες μπαταρίες χάνουν 7 έως 10% της αποθηκευμένης ενέργειάς τους κάθε χρόνο που δε χρησιμοποιούνται.

Ο σχεδιασμός της νανομπαταρίας, της επιτρέπει να παραμένει αδρανής μέχρι και για 15 χρόνια, τροφοδοτώντας π.χ. έναν περιβαλλοντικό αισθητήρα, που χρειάζεται μεγάλη ενέργεια, μόνο όταν ανιχνευτεί κάτι και πρέπει να μεταδοθεί η πληροφορία αυτή σε ένα μακρινό σταθμό παρακολούθησης. Στην περίπτωση αυτή, η μπαταρία «ξυπνά» και προσφέρει την απαραίτητη ισχύ. Σε μια πιο προχωρημένη εκδοχή, οι νανομπαταρίες θα μπορούν να αυτοαδρανοποιούνται μετά τη χρήση, εξουδετερώνοντας με ένα κατάλληλο αντιδραστήριο το χημικό ηλεκτρολύτη που περιέχουν, προστατεύοντας από τα τοξικά υγρά τους το περιβάλλον αλλά και τον άνθρωπο που θα τις χρησιμοποιεί. Δεν αποκλείεται ακόμα και να αντικατασταθεί σαν υπόβαθρο η πλάκα πυριτίου με πλαστική πλάκα, οπότε οι νανομπαταρίες θα μπορούν να είναι ελαστικές!

Η λειτουργία των νανομπαταριών στηρίζεται στην ύπαρξη διατάξεων, είτε με τη μορφή νανογρασιδιού, είτε με τη μορφή κυψελωτής νανομεμβράνης, που κανονικά είναι εξαιρετικά υδρόφοβες και κρατούν τον ηλεκτρολύτη μακριά από το ένα ή και από τα δύο ηλεκτρόδια. Με την εφαρμογή όμως μιας τάσης σ' αυτές τις νανοδιατάξεις, μετατρέπονται στιγμιαία σε υδρόφιλες, με αποτέλεσμα το υγρό του ηλεκτρολύτη να τις διαπεράσει έτσι που να φέρει σε ηλεκτρική επαφή την άνοδο με την κάθοδο και να αρχίσει η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Η νανομπαταρία μπορεί να είναι χωρισμένη σε τμήματα που ενεργοποιούνται διαδοχικά, ανάλογα με τις ανάγκες για παροχή ισχύος.

Βέβαια, οι εταιρίες που θα τις παράγουν δεν επιδιώκουν με τις νανομπαταρίες να αντικαταστήσουν τις συνηθισμένες μπαταρίες, σαν αυτές που βάζουμε στα φορητά συστήματα ήχου, των οποίων η μαζική παραγωγή κοστίζει μερικά λεπτά του ευρώ το κομμάτι (άλλο το πόσο τις πληρώνει ο καταναλωτής...). Οι νανομπαταρίες από εμπορικής πλευράς στοχεύουν σε πιο εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως - τι άλλο - οι στρατιωτικές εφαρμογές. Εξοπλισμένοι με τέτοιες μπαταρίες, μικροί αισθητήρες θα μπορούν να σκορπιστούν από αέρος, παραμένοντας σε λειτουργία επί χρόνια και στέλνοντας σήμα μόλις ανιχνεύσουν κάποια ύποπτη κίνηση, ή κάποιον χημικό ή ραδιολογικό παράγοντα. Φυσικά, μια ανάλογη ειρηνική χρήση θα ήταν σε περιβαλλοντικούς αισθητήρες, περιορίζοντας τον αναγκαίο αριθμό απ' αυτούς για την κάλυψη μιας περιοχής, αφού όταν θα χρειαζόταν θα μπορούσαν να εκπέμψουν τις μετρήσεις τους σε μεγάλη απόσταση, χάρη στις νανομπαταρίες. Αλλες ειρηνικές χρήσεις που θα μπορούσαν να βρουν οι νανομπαταρίες, είναι σε ιατρικά εμφυτεύματα (π.χ. βηματοδότες) και σε κινητά τηλέφωνα.

Μερικές επιστημονικές ομάδες διερευνούν και το ενδεχόμενο επαναφορτιζόμενων νανομπαταριών. Στην περίπτωση αυτή θα μπορούσε με μια σύντομη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από μια μπαταρία που έχει αδειάσει, να θερμανθεί και να εξατμιστεί ένα μέρος από το διαλύτη, ώστε να πιέσει τη σταγόνα ηλεκτρολύτη μακριά από τα ηλεκτρόδια. Προς το παρόν οι επαναφορτιζόμενες νανομπαταρίες είναι μόνο μια ιδέα, ενώ οι απλές νανομπαταρίες βρίσκονται κοντά στη μαζική παραγωγή.