Οι μπαταρίες λιθίου έχουν συνήθως δύο σχήματα: κυλινδρικές και τετράγωνες. Το εσωτερικό της μπαταρίας υιοθετεί μια δομή σπειροειδούς περιέλιξης, η οποία διαχωρίζεται μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων με ένα πολύ λεπτό και εξαιρετικά διαπερατό υλικό απομόνωσης μεμβράνης πολυαιθυλενίου. Το θετικό ηλεκτρόδιο περιλαμβάνει έναν συλλέκτη ρεύματος που αποτελείται από οξείδιο κοβαλτίου λιθίου (ή νικέλιο λίθιο κοβάλτιο μαγγάνιο, μαγγανικό λίθιο, φωσφορικό σίδηρο λίθιο, κ.λπ.) και φύλλο αλουμινίου. Το αρνητικό ηλεκτρόδιο αποτελείται από έναν συλλέκτη ρεύματος που αποτελείται από υλικό γραφιτοποιημένου άνθρακα και φύλλο χαλκού. Η μπαταρία είναι γεμάτη με διάλυμα οργανικού ηλεκτρολύτη. Είναι επίσης εξοπλισμένο με βαλβίδα ασφαλείας και στοιχείο PTC (μερικώς κυλινδρική χρήση) για την προστασία της μπαταρίας από ζημιά σε περίπτωση μη φυσιολογικών συνθηκών και βραχυκυκλωμάτων εξόδου.
Η τάση μιας μπαταρίας λιθίου μονού κυψέλης είναι 3,7 V (3,2 V για το θετικό ηλεκτρόδιο του φωσφορικού σιδήρου λιθίου) και η χωρητικότητα της μπαταρίας δεν είναι άπειρη, επομένως είναι συχνά απαραίτητο να γίνει σειρά και παράλληλη σειρά της μπαταρίας λιθίου μονού κυψέλη για να συναντηθεί τις απαιτήσεις των διαφορετικών περιστάσεων.