Li/SOCl2電池由鋰負極、碳正極和一種非水的SOCl2：LiAlCl4電解質組成。亞硫酰氯既是電解質，又是正極活性物質。其他的電解質鹽，例如LiAlCl4，在特殊設計的電池中使用過，但電解液配方不同，電極性能就不同。負極、正極和SOCl2的成分要根據電池預期獲得的性能，由制造商選定。
一般公認的總反應機理為：
4Li+2SOCl2→4LiCl↓+S+SO2
硫和二氧化硫溶解在過量的亞硫酰氯電解液中，而且在放電期間，由于產生二氧化硫，會有一定程度的壓力產生。在貯存期間，鋰負極一經與電解質接觸，就與亞硫酰氯電解質反應生成LiCl，鋰負極即受到在其上面形成的LiCl膜的保護。這一鈍化膜有益于延長電池的貯存壽命，但在放電開始時會引起電壓滯后，在高溫下長期貯存后的電池，在低溫下放電，其電壓滯后現象尤其明顯。
電解質低的冰點（—110℃）和高的沸點（78.8℃）使得電池能夠在一個寬廣的溫度范圍內工作，隨著溫度的下降，電解質的電導率只有輕微的減少。 Li/SOCl2電池在某些組分是有毒和易燃的，因此應避免分解電池或將排氣閥已打開的電池和電池組分暴露到空氣中。