Valoelektrolyysi suoritetaan valosähkökemiallisissa kennoissa, kun valoa käytetään elektrolyysiin . Toisin sanoen valoelektrolyysi on valon muuntamista sähkövirraksi ja molekyylien hajoamista tämän virran avulla.
Valoelektrolyysin vetovoima monille insinööreille ja teknologioille on sen soveltuvuus veden elektrolyysiin vedyksi ja hapeksi . (Tässä tapauksessa prosessi tunnetaan nimellä vesihajoaminen .) Vetytalouden saavuttaminen vaatii tehokkaan ja edullisen tavan tuottaa vetyä luonnollisista lähteistä ilman fossiilisia polttoaineita . Fotoelektrolyysiä pidetään usein menetelmänä, joka täyttää tämän ehdon täysin. (Vertailun vuoksi höyryreformointi käyttää tavanomaisia fossiilisia polttoaineita vedyn tuottamiseen.) Fotoelektrolyysiä kutsutaan usein kuvaannollisesti vedyn " pyhäksi maljaksi ".» sen potentiaalista tulla elinkelpoiseksi vaihtoehdoksi öljylle energialähteenä ; Sellainen energialähde, johon ei liity ei-toivottuja sosiopoliittisia vaikutuksia, kuten öljy sen louhinnan ja käytön aikana.
Jotkut tutkijat työskentelevät fotoelektrolyysin toteuttamisessa nanoteknologian menetelmillä . Oikeilla puolijohteilla veden nanofotoelektrolyysi voi jonain päivänä saavuttaa tehokkaamman tehokkuuden kuin perinteinen valoelektrolyysi. Puolijohteet, joiden potentiaalisulku on alle 1,7 eV , voivat oletettavasti olla tehokkaita nanofotoelektrolyysissä aurinkoa käyttämällä .