Una célula fotovoltaica multiunión consiste en una oblea rectangular de cristal semiconductor de alta pureza. Esta está formada por un conjunto apilado de uniones p-n, cada una compuesta por un semiconductor diferente, que se crecen sobre un sustrato de Ge.

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El hecho de que cada unión p-n esté compuesta de un material distinto supone que cada cual produzca corriente eléctrica en respuesta a un rango de longitudes de onda diferente, con lo que se consigue un mejor aprovechamiento del espectro solar (mejor respuesta espectral) y, en consecuencia, una mayor eficiencia por unidad de superficie radiada.

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Las diferentes uniones de una célula multiunión, también llamadas subcélulas, se conectan en serie para conseguir así sumar los voltajes que producen. Como resultado, el dispositivo final proporciona una densidad de corriente menor que la de las células de Si, o las monounión de GaAs, pero una tensión y potencia mucho mayores.