La pile à combustible (Fuel Cell) combine l'hydrogène stocké sous pression (700 bar) avec l'oxygène de l'air pour produire de l'électricité, de la vapeur d'eau et de la chaleur. L'électricité alimente un moteur électrique. Le seul véhicule de série est la Toyota Mirai (et Hyundai Nexo).
À l'anode : H2 → 2H+ + 2e-. À la cathode : ½O2 + 2H+ + 2e- → H2O. Les protons traversent la membrane PEM (Proton Exchange Membrane), les électrons passent par le circuit externe = courant électrique. L'unique émission est H2O.
Aucun moteur spécifique référencé pour cette technologie.