Pojazd z ogniwami paliwowymi jest zasilany energią elektryczną, ale nie wymaga podłączenia do gniazdka. Przenosi wodór w zbiorniku i łączy go z tlenem z powietrza w stosie ogniw paliwowych. Reakcja chemiczna wytwarza energię elektryczną napędzającą silnik, a jedyną emisją jest para wodna. To samochód elektryczny z innym źródłem energii.

Ogniwa paliwowe stanowią serce pojazdu. Składają się z setek pojedynczych ogniw, z których każde ma anodę i katodę rozdzielone membraną. Wodór trafia do anody, gdzie katalizator rozszczepia go na protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę, a elektrony wędrują przez zewnętrzny obwód, wytwarzając prąd elektryczny. Na katodzie tlen, protony i elektrony łączą się, tworząc wodę.

Tankowanie pojazdów z ogniwami paliwowymi zajmuje od trzech do pięciu minut, podobnie jak w przypadku benzyny. Zasięg jest porównywalny z samochodami konwencjonalnymi, około 300-400 mil. Najpopularniejsze modele to Toyota Mirai i Honda Clarity. Stacje wodorowe są jednak rzadkością. W Kalifornii jest ich około 50, a w większości innych stanów nie ma żadnej. Czysta produkcja wodoru również stanowi wyzwanie. Większość wodoru jest obecnie wytwarzana z gazu ziemnego, który emituje dwutlenek węgla.

Ogniwa paliwowe sprawdzają się w przypadku ciężarówek, autobusów i statków, gdzie akumulatory byłyby zbyt ciężkie i ładowałyby się zbyt wolno. W przypadku samochodów osobowych przewagę mają pojazdy elektryczne zasilane akumulatorami, ale ogniwa paliwowe pozostają opcją.