Proces elektrolizy znajduje wiele różnorodnych zastosowań, zarówno w przemyśle, jak i w laboratorium. Przemysłowe zastosowania elektrolizy to przede wszystkim otrzymywanie metali szlachetnych, szczególnie miedzi, o wysokiej czystości. W celu oczyszczenia, miedź jest roztwarzana w kwasie siarkowym(VI), z utworzeniem siarczanu(VI) miedzi(II) – równanie (1). Powstały w ten sposób roztwór siarczanu miedzi poddawany jest elektrolizie w ogniwie z katodą z czystej miedzi. Podczas elektrolizy, miedź(+II) z roztworu jest redukowana do miedzi metalicznej i osadza się na katodzie. Po zakończeniu procesu otrzymuje się blok czystej miedzi, który „obudował” katodę. Uzyskiwana w ten sposób miedź jest wykorzystywana między innymi w elektronice.
Drugie ważne zastosowanie przemysłowe elektrolizy to otrzymywanie czystego aluminium z tlenków w procesie Halla – Heroult’a. W procesie tym, elektrolizie poddawana jest mieszanina tlenku glinu i soli zawierających Al – kriolitu, Na3AlF6 i fluorku glinu AlF3. W celu obniżenia temperatury topnienia dodawany jest również fluoryt, CaF2. Reakcje elektrodowe zachodzące podczas procesu, można opisać równaniami (2) – dla reakcji katodowej, w której powstaje czyste aluminium oraz (3) – dla reakcji anodowej, w której wydziela się gazowy tlen. Sumaryczną reakcję można opisać równaniem (4).
Al3+ + 3e- → Al0 (2)
O2- + 2e- → ½ O2↑ (3)
Al2O3 → 2Al + 3/2O2↑ (4)
Oprócz otrzymywania aluminium, za pomocą elektrolizy można otrzymywać też inne metale lekkie – Li, Na, K, Mg, Ca. Metale te otrzymuje się na drodze elektrolizy stopionych soli, np. sód – z chlorku sodu, zgodnie z równiem (5). Jednocześnie z ciekłym metalicznym sodem, w tej reakcji otrzymywany jest gazowy chlor. Chlor otrzymywany w takim procesie nie jest zanieczyszczony wodą, tlenem i chlorowodorem, ze względu na konieczność prowadzenia elektrolizy bez dostępu wilgoci i powietrza (sód metaliczny reaguje samorzutnie z wodą i tlenem).
2Na+(c) + 2Cl-(c) → 2Na(c) + Cl2↑ (5)
Inna metodą otrzymywania chloru jest elektroliza wodnego roztworu HCl lub NaCl. Wtedy na anodzie wydziela się chlor, a na katodzie – wodór.
Kolejnym zastosowaniem procesu elektrolizy jest uzyskiwanie gazowego tlenu i wodoru. Ze względu na bardzo niskie przewodnictwo elektryczne czystej wody, elektrolizie poddawany jest wodny roztwór odpowiedniej soli, której jony nie będą ulegały utlenianiu i redukcji w warunkach elektrolizy, ale zapewnią odpowiednie przewodnictwo roztworu. Taką solą może być np. siarczan(VI)sodu, Na2SO4. Sumaryczną reakcję zachodzącą podczas elektrolizy takiego roztworu można opisać równaniem (6).
2H2O → 2H2↑ + O2↑ (6)
Nanoszenie warstwy metali szlachetnych, np. miedzi na przedmioty metalowe, tworzenie powłok antykorozyjnych
Proces elektrolizy wykorzystywany jest również do nanoszenia na przedmioty metalowe cienkiej warstwy metali szlachetnych w celach dekoracyjnych (np. złocenia), dekoracyjno-ochronnych (chromowanie) albo ochronnych (cynkowanie). Podczas takiego procesu, metalowy przedmiot zanurzany jest w roztworze soli odpowiedniego metalu (złota, srebra, miedzi, chromu, czy cynku) i podłączany do obwodu elektrycznego jako katoda, na której podczas elektrolizy redukowany jest wybrany metal.
Elektroliza wykorzystywana jest również w technice zwanej galwanoplastyką, polegającej na tworzeniu grubych powłok metalicznych, które nie są trwale związane z podłożem. Tą metodą tworzy się formy odlewnicze lub wtryskarskie na podstawie wyciętych z metalu prototypów.