Chaque voiture possède au moins une batterie. Celle-ci stocke l'énergie chimique et la restitue sous forme d'électricité. La batterie plomb-acide classique, inventée en 1859, permet encore aujourd'hui de démarrer la plupart des voitures à essence. Elle fournit l'impulsion de courant nécessaire au démarrage du moteur et alimente les composants électroniques lorsque celui-ci est arrêté. Une fois le moteur en marche, l'alternateur la recharge.

Les véhicules électriques utilisent un type de batterie différent. Un pack lithium-ion, composé de milliers de cellules individuelles, stocke l'énergie qui alimente le moteur. Sa capacité est mesurée en kilowattheures (kWh). Un pack typique pour véhicule électrique contient entre 60 et 100 kWh, ce qui offre une autonomie de 320 à 640 kilomètres. Ce pack est lourd, pesant souvent plus de 450 kg, et il est positionné bas dans le châssis pour améliorer la tenue de route.

La composition chimique des batteries est importante. Les batteries au plomb sont économiques et fiables, mais lourdes. Les batteries lithium-ion sont plus légères et offrent une densité énergétique supérieure, mais elles sont plus chères et sensibles à la température. Les batteries à électrolyte solide promettent une densité énergétique plus élevée et une charge plus rapide, mais leur production de masse n'est pas encore effective. Les batteries sodium-ion apparaissent comme une alternative moins coûteuse pour certaines applications.

La vitesse de charge et l'autonomie de la batterie sont les deux principales préoccupations des automobilistes. Les bornes de recharge rapide permettent de récupérer des centaines de kilomètres d'autonomie en 20 minutes. Les garanties des batteries couvrent généralement huit ans ou 160 000 kilomètres. Au-delà, leur capacité diminue progressivement, mais la plupart des batteries durent plus longtemps que la voiture.