Mediante questo processo oltre al cloro si producono anche idrogeno (H2) e soda caustica (NaOH, idrossido di sodio). I metodi utilizzati sono principalmente tre: a) processo a diaframma b) processo a catodo di mercurio e c) processo a membrana.

A) Il processo a diaframma è stato introdotto nel 1885 ma ancora oggi è molto utilizzato in alcuni Paesi. Questo processo utilizza un sistema in cui una membrana di amianto (oggi sostituito da altri materiali fibrosi) è posta sul catodo (una griglia di ferro). In questo modo, il cloro formatosi è separato dal resto della soluzione, che si arricchisce di idrossido di sodio.

B) Il processo a catodo di mercurio sviluppato nel 1892 era il più utilizzato fino a pochi anni fa. Il processo utilizza un anodo di titanio ed un catodo di mercurio. All'anodo si sviluppa cloro gassoso; al catodo il sodio si mescola con il mercurio: l'amalgama viene poi trattato per recuperare il mercurio e trasformare il sodio metallico in idrossido di sodio e idrogeno.

C) Il processo a membrana è il più recente (1970) e viene sempre più utilizzato perché più ecocompatibile e sicuro degli altri. La cella elettrolitica è divisa da una membrana semipermeabile agli ioni cloruro che separa l'anodo immerso nella salamoia, dal catodo immerso in acqua distillata. Questo processo ha l’ulteriore vantaggio di ottenere idrossido di sodio di elevata purezza. L'applicazione delle tre diverse metodiche per produrre cloro varia considerevolmente da continente a continente. In Europa era prevalente il processo con cella a catodo di mercurio, oggi progressivamente in sostituzione con celle a membrana, negli Stati Uniti prevale il processo con cella a diaframma (75%) e in Giappone il processo con cella a membrana (>90%).

La percentuale di applicazione dei metodi di produzione del cloro in Europa è rappresentata dal processo con cella a mercurio (38%), dal processo con cella a diaframma (13%), da altri processi (3%), il processo con celle a membrana ha raggiunto il 45% della produzione nel 2007.

Poiché il processo con cella a membrana risulta più sostenibile con vantaggi intrinseci dal punto di vista ambientale rispetto ai due processi più datati, dal momento che non utilizza mercurio né amianto e allo stesso tempo risulta riduce il consumo di energia, tutte le industrie che in Europa utilizzano la tecnologia a catodo di mercurio si sono impegnate a passare a quella a membrana entro il 2020, nonostante gli altissimi costi di riconversione previsti in oltre 3.000 milioni di Euro.