המאפיינים הפיזיים של סוללות אחסון אנרגיה כוללות בעיקר צפיפות אנרגיה, צפיפות הספק, חיי מחזור, ביצועי פריקת טעינה- והתאמה סביבתית. מדדי ביצועים אלה משפיעים ישירות על היעילות התפעולית וחיי השירות של מערכות אחסון אנרגיה. צפיפות האנרגיה משקפת את כמות האנרגיה החשמלית שסוללה יכולה לאגור ליחידת מסה או נפח; צפיפות אנרגיה גבוהה יותר מאפשרת אחסון אנרגיה גדול יותר באותו נפח, ובכך משפרת את ניצול השטח של הציוד. צפיפות הספק מציינת את יכולתה של סוללה להפיק או לספוג במהירות אנרגיה חשמלית, גורם בעל חשיבות משמעותית עבור יישומים הדורשים טעינה ופריקה תכופים.
חיי מחזור הם אינדיקטור מרכזי לביצועים-לטווח ארוך של סוללה, המוגדרים בדרך כלל על ידי היכולת שלה לשמור על קיבולת מסוימת לאחר השלמת מספר מוגדר של מחזורי טעינה-. ביצועי מחזור מעולים מפחיתים את תדירות החלפת הסוללות ומפחיתים את עלויות התפעול של המערכת. יעילות פריקה-היא מאפיין פיזי קריטי נוסף; סוללות ביעילות גבוהה- ממזערות את הפסדי המרת האנרגיה ומשפרות את ניצול האנרגיה הכולל. בנוסף, התנגדות פנימית משפיעה על הביצועים התפעוליים; התנגדות פנימית נמוכה יותר עוזרת להפחית את יצירת החום ומשפרת את היציבות במהלך תהליכי טעינה ופריקה.
סוללות אחסון אנרגיה חייבות גם להיות בעל יכולת הסתגלות סביבתית חזקה כדי להבטיח פעולה יציבה בתנאים מגוונים. תנודות טמפרטורה משפיעות על קיבולת הסוללה,-קצבי פריקת הטעינה וחיי השירות, ומחייבות הכללת מערכות ניטור טמפרטורה וניהול תרמי. יתר על כן, חוזק מכני, שלמות איטום ומאפיינים בטיחותיים הם מאפיינים פיזיים חיוניים המשפרים את האמינות במהלך הובלה, התקנה והפעלה-לטווח ארוך. באמצעות בחירת חומרים אופטימלית ועיצוב מבני, סוללות אחסון אנרגיה מודרניות יכולות להשיג ביצועים מעולים ופוטנציאל יישום רחב יותר תוך שמירה על תקני בטיחות גבוהים.
