Die Leerlaufspannung ist ein Kennwert von nicht belasteten Spannungsquellen. Wie aus der englischen Bezeichnung Open Circuit Voltage hervorgeht, ist die Leerlaufspannung die Spannung an den Batterieklemmen, wenn kein Stromkreis angeschlossen ist, also kein Strom fließt und daher auch kein Spannungsabfall am Innenwiderstand der Spannungsquelle auftreten kann. Die Leerlaufspannung wird bei Akkus und Batterien, bei Solarzellen, Transformatoren, Netzteilen und Generatoren benutzt und sagt aus, dass es sich um die Spannung handelt, die an den Klemmen gemessen wird, ohne, dass eine Schaltung oder ein anderer Verbraucher angeschlossen ist.

So lange kein Strom fließt, entspricht die Leerlaufspannung der elektromotorischen Kraft (EMK) der Spannungsquelle. Das Ersatzschaltbild zeigt den Innenwiderstand in Reihe mit der EMK und verdeutlicht, dass die Leerlauf- oder Quellenspannung unbelastet sein muss und kein Strom über den Innenwiderstand der Spannungsquelle fließen darf damit an diesem kein Spannungsabfall auftritt. Bei NiCd-Akkus beträgt die Leerlaufspannung 1,299 V.

Bei Akkus ist es so, dass zwischen der Leerlaufspannung bei der Ladung und der Entladung eine Hyterese besteht. Die Spannung weichen wegen der zeitlich versetzten chemischen Reaktionen voneinander ab.