Lityum piller, lityum iyonlarını pilin pozitif ve negatif elektrotları olarak tersinir şekilde yerleştirip çıkarabilen iki farklı lityum-ara katman bileşiği kullanan ikincil pil sistemleridir. Şarj sırasında, lityum iyonları pozitif elektrot malzemesinin kristal kafesinden çıkarılır ve elektrolitten geçtikten sonra negatif elektrot malzemesinin kristal kafesine yerleştirilir, böylece negatif elektrot lityum açısından zengin ve pozitif elektrot lityum açısından fakir hale gelir; Deşarj sırasında, lityum iyonları negatif elektrot malzemesinin kristal kafesinden çıkarılır ve içinden geçer. Elektrolit daha sonra pozitif elektrot malzemesinin kristal kafesine yerleştirilir, böylece pozitif elektrot lityum açısından zengin ve negatif elektrot lityum açısından fakir hale gelir. Bu şekilde, lityum iyonlarını yerleştirirken ve çıkarırken metalik lityuma göre pozitif ve negatif elektrot malzemeleri arasındaki potansiyel farkı, pilin çalışma voltajıdır.
