Metall-Luft-Batterien basieren auf einer jahrelang bekannten Technologie, die eine Renaissance erlebt. Bei Metall-Luft-Batterien besteht die Anode aus einem metallischen Pulver, die Kathode aus wird durch den Luftsauerstoff gebildet. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein flüssiger oder fester Elektrolyt in dem Metallionen die Ladung von einer Elektrode zur andern übertragen. Die Anode kann aus Metallen wie Zink oder Aluminium bestehen, oder auch aus Alkalimetallen wie Lithium oder Natrium.
Das bedeutet, dass es Zink-Luft-Batterien und Aluminium-Luft-Batterien gibt und auch Natrium-Luft- und Lithium-Luft-Batterien. Einige der genannten Typen können derzeit nur als Primärzellen arbeiten, also als Batterien, wohingegen andere als Sekundärzellen arbeiten und wiederaufladbar sind.
Ein Vorteil von Metall-Luft-Batterien ist die hohe Energiedichte, deren theoretische Werte bei über 10.000 Wh/kg liegen können. Dieser Wert gilt für Lithium-Luft-Akkus. Andere Metall-Luft- Zellen wie die Zink-Luft-Batterie kommen auf 500 Wh/kg. Die Leistungsdichte liegt zwischen 300 und 2.000 W/kg und die Anzahl an Ladezyklen zwischen 200 und 1.000. Weitere Vorteile sind das geringe Gewicht und dass Luft in ausreichendem Maße zur Verfügung steht.