通过热力学理论的推导，可以找到上述实验结果所呈现出的离子浓度比与电极电势的定量关系。对下列氧化还原反应：

E=E（标准）-(RT)/(nF)ln([Zn]/[Cu])

对于任一电池反应：

aA+bB=cC+dD

E=E（标准）-(RT)/(nF)ln(([C]·[D])/([A]·[B]））……………………⑴

⑴这个方程就叫做能斯特(Nernst,W.H.1864~1941）方程。它指出了电池的电动势与电池本性（E）和电解质浓度之间的定量关系。

当温度为298K时，能斯特方程为：

E=E（标准）-(0.0257/n)lg(([C]·[D])/([A]·[B]））……………………⑵

当温度为298K时，Cu-Zn原电池反应的能斯特方程为：

E=E（标准）-(0.0592/n)lg([Zn]/[Cu]）……………………⑶

该方程的图形应为一直线，其截距为E=1.10V，斜率为-0.0592/2=-0.03，与前述实验结果一致。将⑶式展开，可以求到某电极的能斯特方程：

E=φ（+)-φ（-)=[φ（标准,+)-φ（标准，-)]-(0.0592/2)lg([Zn]/[Cu])

={φ（标准，+)+(0.0592/2)lg[Cu]}-{φ（标准，-)+(0.0592/2)lg[Zn]}

所以φ（+)=φ（标准，+)+(0.0592/2)lg[Cu]

φ（-)=φ（标准，-)+(0.0592/2)lg[Zn]

归纳成一般的通式：

φ=φ（标准）+(0.0592/n)lg([氧化型]/[还原型]）……………………⑷

式中n——电极反应中电子转移数。

[氧化型]/[还原型]——表示参与电极反应所有物质浓度的乘积与反应产物浓度乘积之比。而且浓度的方次应等于他们在电极反应中的系数。

纯固体、纯液体的浓度为常数，作1处理。离子浓度单位用mol/L（严格地应该用活度）。气体用分压表示。