Ce type de véhicules a trois composantes principales: la pile à combustible, le moteur électrique et le système de stockage d'hydrogène. Dans la pile à combustible, l'hydrogène est oxydé. Cette réaction produit de la vapeur d'eau et de l'électricité. L'électricité alimente un moteur électrique à bord. L'hydrogène peut être stocké dans la voiture en tant que gaz à haute pression (environ 300 bar) ou liquéfié (-253 ° C à pression atmosphérique).

Le principal avantage de l'utilisation de l'hydrogène comme combustible est qu'il ne pollue pas, car son seul gaz d'échappement est l'eau. D'autre part, l'hydrogène doit être fabriqué et comprimé ou liquéfié. Par exemple, la production d'un kilogramme de H₂ (qui fournit 33 kWh) nécessite environ 55 kWh d'énergie.