La transición hacia la energía limpia ha acelerado la búsqueda del hidrógeno como combustible sostenible. Entre varios métodos de producción, las células de electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEMECs) destacan por su capacidad de generar hidrógeno ultrapuro con eficiencias superiores al 80% y densidades de corriente de hasta 2 A/cm. Su diseño compacto y respuesta rápida a entradas dinámicas de energía las hacen ideales para la integración con fuentes de energía renovable. Esta revisión proporciona una evaluación integral de la tecnología PEMEC, cubriendo componentes internos clave, configuraciones del sistema y mejoras de eficiencia. El papel de la optimización del catalizador, los avances en membranas y las arquitecturas de electrodos en la mejora del rendimiento se analiza críticamente. Además, examinamos la modelización numérica de vanguardia, comparando simulaciones de cero a tres dimensiones y dinámicas de flujo de una a dos fases. Se destaca el impacto de la evolución del oxígeno y la dinámica de burbujas en el transporte de masa y el rendimiento. Estudios recientes indican que las arquitecturas de electrodos optimizadas pueden mejorar la eficiencia del transporte de masa hasta en un 20%, mejorando significativamente la operación de PEMEC. Los avances en simulaciones de flujo de dos fases son cruciales para capturar efectos de transporte multiphase, como la separación de fases, el transporte de electrolitos y la hidratación de membranas. Sin embargo, persisten desafíos, incluidos los altos costos de los catalizadores, las preocupaciones sobre la durabilidad y los diseños de sistemas escalables. Para abordar esto, esta revisión explora catalizadores de metales no preciosos, membranas nanoestructuradas y simulaciones asistidas por aprendizaje automático, que han demostrado reducciones de costos de hasta el 50% manteniendo el rendimiento electroquímico. La investigación futura debería integrar la validación experimental con la modelización computacional para mejorar la precisión predictiva y el rendimiento en el mundo real. Abordar estrategias de control del sistema para una operación estable de PEMEC bajo condiciones variables de energía renovable es esencial para la implementación a gran escala. Esta revisión sirve como una hoja de ruta para futuras investigaciones, guiando el desarrollo de electrolizadores PEM más eficientes, duraderos y económicamente viables para la producción de hidrógeno verde.