El modelado es una herramienta poderosa para el diseño y desarrollo de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC). Este estudio presenta un modelo matemático unidimensional y bifásico de PEMFC para investigar el proceso de transporte bifásico, el flujo de transporte de especies gaseosas y los flujos de cruce de agua. El modelo reduce el tiempo de cálculo para el diseño de PEMFC con una precisión garantizada. Los resultados del análisis muestran que la concentración y los sobrepotenciales de activación de la celda disminuyen con el aumento de la presión de operación, lo que resulta en un mejor rendimiento de la celda. Una relación estequiométrica adecuada de oxígeno en el cátodo disminuye el sobrepotencial de activación de la celda y es favorable para la mejora del rendimiento. La resistencia óhmica de la celda aumenta correspondientemente con el aumento del grosor de la capa de catalizador, lo que lleva a un deterioro del rendimiento de la celda. La mejora en el rendimiento de la celda podría facilitarse disminuyendo el grosor de la membrana. Los resultados predichos muestran que el modelo presente es una herramienta útil para la optimización del diseño de PEMFCs prácticas.