鈉離子層狀氧化物中具有電化學活性的金屬元素多達數十種。層狀金屬氧化物材料的表達式為 NaxMO2(M 為過渡金屬元素)。在鋰離子電池中目前僅發現Mn、Co 和 Ni 三種金屬組成的鋰層狀氧化物可以實現可逆充放電，所以目前商業應用的鋰電正極材料包括鈷酸鋰(LiCoO2)，NCM811,NCM622、NCM523 和錳酸鋰(LiMn2O4)等。而在鈉離子電池中，具有活性的層狀氧化物種類較多，Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu 和 Ti 等元素均具有電化學活性且表現出多種性質。
氧原子是層狀氧化物晶體結構的骨架。如圖 2 所示，在鈉離子的層狀金屬氧化物中，通常過渡金屬元素與周圍的六個氧形成的 MO6多面體層與 NaO6堿金屬層交替排布的層狀結構。所以，氧原子在層狀氧化物的晶體結構中主要承擔著晶格骨架的作用。
過渡族金屬因為可以實現價態的變化，主要是提供電荷補償。如圖 3 所示，在實際的放電過程中，Na+離子從負極脫出，經由電解液穿過隔膜嵌入正極材料中，使得正極恢復至富鈉態。為保持電荷平衡，外電路會有相同的電子進行傳遞，對應的過渡族金屬會得到電子，并發生價態的變化，充電的過程則與之相反。
