توسعه پیل‌سوختی اکسید جامد (SOFC) از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در حال حاضر بالاترین دما را در میان انواع پیل‌سوختی دارد. محدوده دمای عملکرد این پیل600 - 1000 درجه سانتیگراد است و به همین دلیل از انواع سوخت‌ها در آن می‌توان استفاده نمود. این پیل‌سوختی دو ساختار صفحه ای و لوله‌ای دارد و از الکترولیت جامد سرامیکی نازکی به جای الکترولیت مایع استفاده می‌شود. 

در دمای عملکرد بالا در پیل‌سوختی اکسید جامد یون‌های اکسیژن (با بار منفی) از شبکه کریستالی(عموماً ترکیبی از اکسید زیرکنیم و اکسید کلسیم) عبور می‌کنند. در کاتد ملکول‌های اکسیژن هوا با چهار الکترون ترکیب می‌شوند. وقتی یک سوخت گازی حاوی هیدروژن از آند عبور کند، یک جریان شارژ شده منفی شامل یون‌های اکسیژن از الکترولیت عبور می‌کند تا سوخت را اکسید کنند. الکترون های ایجاد شده در آند از یک مدار خارجی عبور می کنند و به کاتد می روند. با این کار مدار الکتریکی کامل شده و انرژی برق تولید می‌شود. پیل‌های سوختی اکسید جامد نیاز به مبدل خارجی ندارند. واکنش‌های پیل‌سوختی اکسید جامد به صورت زیر است:

واکنش آند

2 H2 + 2 O2- => 2 H2O + 4 e-

واکنش کاتد

O2 + 4 e- => 2 O2-

واکنش کلی پیل

2 H2 + O2 => 2 H2O

پیل‌‌سوختی اکسید جامد راندمانی در حدود 60-45 درصد دارد و میزان دانسیته توان تولیدی در این نوع پیل‌‌سوختی 300-240 است. طول عمر این نوع پیل‌سوختی بیش از 40000 ساعت است. ترکیب این نوع پیل‌سوختی با یک توربین بازده کلی را به 70% افزایش می ‌دهد.

با توجه به دمای بالای کارکرد پیل‌سوختی اکسید جامد، کاربردهای نیروگاهی این نوع پیل‌سوختی بیشتر مدنظر است. دمای بالای کارکرد یک سری مزایای ویژه را برای این نوع پیل‌سوختی به همراه می‌آورد. این مزایا عبارتند از:

دمای بالای کارکرد پیل‌سوختی اکسید جامد و نیاز به مواد گرانقیمت تنوع کاربردها را در این پیل‌سوختی محدود می‌کند ولی از طرف دیگر با افزایش دمای کارکرد امکان تبدیل سوخت در داخل پیل‌سوختی میسر شده و امکان بهره‌برداری موثر از انرژی گرمایی تولید شده نیز بوجود می‌آید.

با توجه به دمای بالای کارکرد پیل‌سوختی اکسیدجامد، این نوع پیل‌سوختی در نیروگاه‌های بزرگ تولید برق و هم چنین نیروگاه‌های سیکل‌ ترکیبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.