Στα FCEV η αντίστροφη δράση της ηλεκτρόλυσης παράγει ηλεκτρική ενέργεια από την ηλεκτροχημική σύνθεση υδρογόνου και οξυγόνου με ταυτόχρονη παραγωγή καθαρού νερού. Τα υπάρχοντα ενεργειακά στοιχεία των κυψελών καυσίμου (fuel cells) παράγουν ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδότηση του ηλεκτροκινητήρα και τη φόρτιση του συσσωρευτή εξισορρόπησής τους. Το χρησιμοποιούμενο καύσιμο είναι καθαρό υδρογόνο ή υδρογονάθρακες (όπως μεθανόλη, φυσικό αέριο, κλπ.) τα οποία αποθηκεύονται σε ειδική δεξαμενή ή ακόμα μπορεί να παράγονται επί των οχημάτων ενώ το απαραίτητο οξυγόνο απορροφάται από την ατμόσφαιρα. Τα FCEV εκπέμπουν στο περιβάλλον μόνο υδρατμούς. Η τεχνολογία των οχημάτων αυτών έχει εφαρμοστεί μόνο πιλοτικά, ενώ στην παρούσα δεκαετία δεν προβλέπονται ευρύτερες εφαρμογές της για λόγους που σχετίζονται με το κόστος της, την ασύμφορη ενεργειακά παραγωγή υδρογόνου και τις δυσχέρειες μεταφοράς και διανομής του. Μακροπρόθεσμα αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία διότι μπορεί να οδηγήσει στην κατασκευή οχημάτων τοπικής μηδενικής ρύπανσης και μεγάλης απόστασης αυτονομίας ενώ η δυνατότητα αθόρυβης και καθαρής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αυτά τα οχήματα θα επιτρέψει τη χρησιμοποίηση τους και ως κινητές εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής.