金属空气电池是以较活泼的金属，诸如锌、镁、铝等，作为负极活性物质，配合具有催化活性的空气电极作为正极，加上合适的电解质而构成的新型电池。
根据负极使用的金属，金属空气电池主要可分为锌空气电池、镁空气电池和铝空气电池。金属空气电池的工作原理为，负极活泼金属提供的电子通过外电路传输到正极与空气中的氧气结合，从而形成导电通路。这种电池的正极，即空气电极，通常由三部分组成，分别是气体扩散层，用于吸收空气中的氧气和防止电解质泄露；催化剂层，用于加速氧气参与反应的速率；集流体层，用于提高空气电极的导电性。电池中的电解质，可采用碱性或近中性的水系电解质，甚至可以直接采用海水作为电解质。
金属空气电池具有蓄电量高、价格低廉、使用安全等优点。首先，金属空气电池的蓄电量特别高，由于它消耗的是空气中的氧气，取之不尽用之不竭，理论上正极容量是无限的，再加上氧气不需要存储在电池内，使得金属空气电池的理论蓄电量比常用的锂电池大得多，理论电量是锂离子电池的6～10倍，实际蓄电量可达锂离子电池的3倍。如果用作汽车动力电池，有望实现1000公里以上的超长续航。
其次，金属空气电池成本低廉，电池组成材料常见易得，主要使用的耗材，如负极用的金属锌、镁和铝等，都是地壳丰度元素，来源丰富、价格低廉。最后，金属空气电池更为安全，由于使用水系电解质，没有易燃易爆成分，不存在燃烧或爆炸的风险。
根据负极充电特性不同，金属空气电池分为二次电池（锌空气电池）和一次电池（镁空气电池、铝空气电池），都结构简单，便于操作，无需专人维护，其制造、使用、回收等流程均无有害物质释出，也被称为“面向21世纪的绿色能源（能源行业分析报告）”。
金属空气电池在诸多领域具有广阔的应用前景。例如，金属空气电池具有使用方便、安全性高等优点，可为助听器等小型用电设备供电，目前小型锌空气电池已被设计为纽扣电池，广泛用于助听器的电池。金属空气电池中的铝空气电池具有高蓄电量和长续航的特点，可以作为电动车、无人机和便携设备等的理想供能选择，而且铝空气电池只需要更换负极金属板，不需要充电，提高了充电效率和便捷性。将金属空气电池与锂离子电池联用，可使其兼具高蓄电量和长续航的优点，续航时间可达到锂电设备的2～3倍。镁空气电池和铝空气电池可作为应急电源，用于自然灾害发生时的电力供应或户外活动中的电源，它们结构简单、便于操作，关键时刻仅需加水即可提供可靠的电源供应，2公斤左右的金属空气电池即可满足三口之家的应急用电，并且不会产生噪声和有害物质，是绿色安全的电力来源。对于地形复杂的地区或者边远岛礁，采用金属空气电池供电，技术难度低，安全性高。