Leegyszerűsítve, a napelemes napelemek elve az, hogy a napenergiát elektromos energiává tudják alakítani, a bonyolultabb pedig az, hogy a fotovoltaikus panelek a fotovoltaikus hatás elvét használják. Az úgynevezett fotovoltaikus hatás teljes nevét a félvezető PN átmenet fotovoltaikus hatásának nevezik. Amint a fény besugározza az objektumot, a töltéseloszlás állapota az objektumon belül megváltozik, és akkor áram lesz.
A fotovoltaikus napelem felületét félvezető vékony filmréteg borítja, amely nagyon hasonlít a fém vékonyréteghez. Amint a napfény eléri a félvezető lapot, a napfény nagy részét a félvezető elnyeli. A félvezető által elnyelt napfény kétféleképpen alakul át: az egyik hőenergiává alakul; a másik a lyukpárok generálása. A PN csomópont közelében keletkezett hordozók belépnek a tértöltési tartományba. A belső elektromos tér hatására az elektronáramlás és a lyukáram az N tartományba, illetve a P tartományba kerül, ami azt eredményezi, hogy a felesleges elektronok és lyukak az N és a P tartományban raktározódnak. A kettő egy fotogenerált elektromos mező a PN csomópont közelében (az akadály irányától eltérő). A fotogenerált elektromos tér nem csak gyengíti a gát elektromos terét, hanem a P és az N régiókat is pozitív, illetve negatív pontokkal tölti fel. Ily módon elektromotoros erő jelenik meg. Ha a fémvezetékeket a P-típusú réteghez és az N-típusú réteghez hegesztik, a terhelés csatlakoztatása után áram fog áthaladni a külső áramkörön.
Több akkumulátorelem soros vagy párhuzamos csatlakoztatása olyan feszültséget és áramot képez, amely megfelel az emberek igényeinek, és a napenergia fényenergiává alakul. Ezenkívül a napfényt kapó oldalt szilícium-oxid filmréteg borítja, feladata a napfény visszaverődésének csökkentése és a napelem napfény elnyelésének növelése.