这是一个电化学原电池，负电位较大的牺牲阳极被阳极极化，受到加速腐蚀。阳极溶解反应产生的金属离子进入介质环境，释放的电子通过电缆传输到被保护的金属表面。对于电位相对正的金属，同时发生阴极极化，使金属电位向负方向移动到一定的保护电位，抑制被保护金属表面的阳极过程，防止金属被腐蚀。同时，被保护金属表面的阴极过程被加速。加速的阴极还原反应消耗牺牲阳极溶解传输的电子，实现了阳极过程和阴极过程的电荷平衡，使阴极保护过程继续进行。
镁的特点是密度低，化学活性高；电极电位很负；低极化率；驱动电位大，对铁的驱动电位可达0.6V以上；理论电容很大。镁阳极表面很难形成屏蔽保护膜。而镁合金系列牺牲阳极，电流效率很低，一般只有50%左右。在镁表面，容易形成强腐蚀的原电池，导致较高的自溶率。此外，这种材料在碰撞时容易产生火花，这也限制了其在安全性能要求较高的区域，如油轮、易燃易爆敏感区域等特定场所的应用。锌是常见的重金属，原子序数30，相对原子量65.37，密度7.14g/cm，化合价2，熔点420℃。
锌的标准电极电位为-0.76V(SHE)，高纯锌在海水中的稳定电位为-0.82V(SHE)。这是一种比较活泼的金属，与钢和常用的金属结构材料相比，带负电荷。锌阳极不适用于高阻土壤或淡水，但通常用于海水、某些化学介质和低阻土壤或滩涂。而锌及锌合金阳极理论发电量较小，但其电流效率as 牺牲阳极很高，在海水中达到95%，在土壤中达到65%以上。铝也是典型的轻金属，原子序数13，相对原子质量26.98，密度2.7g/cm，熔点660℃。铝的标准电极电位为-1.66V(SHE)，在海水中的稳定电位约为-0.53 (She)。铝的理论容量为2970A h/kg，是锌的3.6倍，镁的1.35倍。