แบตเตอรี่ลิเธียมมักมีสองรูปทรง ได้แก่ ทรงกระบอกและทรงสี่เหลี่ยม ด้านในของแบตเตอรี่ใช้โครงสร้างขดลวดแบบเกลียว ซึ่งแยกระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วลบด้วยวัสดุแยกฟิล์มโพลีเอทิลีนที่ละเอียดมากและซึมผ่านได้สูง อิเล็กโทรดขั้วบวกประกอบด้วยตัวเก็บกระแสที่ประกอบด้วยลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (หรือนิกเกิล ลิเธียมโคบอลต์แมงกานีส ลิเธียมแมงกาเนต ลิเธียมเฟอร์รัสฟอสเฟต ฯลฯ) และอะลูมิเนียมฟอยล์ อิเล็กโทรดลบประกอบด้วยตัวเก็บกระแสไฟซึ่งประกอบด้วยวัสดุคาร์บอนกราไฟท์และฟอยล์ทองแดง แบตเตอรี่เต็มไปด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์ นอกจากนี้ยังมีวาล์วนิรภัยและชิ้นส่วน PTC (การใช้งานแบบทรงกระบอกบางส่วน) เพื่อป้องกันแบตเตอรี่จากความเสียหายในกรณีที่เกิดสภาวะผิดปกติและการลัดวงจรของเอาต์พุต
แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์เดียวคือ 3.7V (3.2V สำหรับขั้วบวกของลิเธียมเฟอร์รัสฟอสเฟต) และความจุของแบตเตอรี่ไม่จำกัด ดังนั้นจึงมักจำเป็นต้องต่ออนุกรมและขนานแบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์เดียวเพื่อให้ตรงตาม ความต้องการของโอกาสต่างๆ