燃料电池，又称“连续电池”，可以把燃料电池看成是一种需要电能时，将反应物从外部输送入燃料电池内，就能长期不断地进行放电的一类电池。专用于电动汽车的燃料电池，可以分为碱性燃料电池(alkaline Fuel Cell，AFC)、磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fue lCell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC)、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)、质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)、直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)等类型。目前，质子交换膜燃料电池在燃料电池汽车中的应用较多，是未来新能源汽车燃料电池领域极具竞争力的燃料电池类型。
燃料电池由阳极、阴极、电解质和隔膜构成，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原。如果在阳极(即外电路的负极，也可称燃料极)上连续供给气态燃料(氢气)，而在阴极(即外电路的正极，也可称空气极)上连续供给氧气(或空气)，就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。由此可见，燃料电池与常规动力电池不同，它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外部的储罐中。当它工作(输出电流并做功)时，需要不间断地向电池内输入燃料和氧化剂并同时排出反应产物。因此，从工作方式上看，它类似于常规的汽油或柴油发电机。由于燃料电池工作时要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，所以燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体(气体或液体)。
燃料电池阳极的作用是为燃料和电解液提供公共界面，并对燃料的氧化产生催化作用，同时把反应中产生的电子传输到外电路或者先传输到集流板后再向外电路传输。阴极(氧电极)的作用是为氧和电解液提供公共界面，对氧的还原产生催化作用，从外电路向氧电极的反应部位传输电子。由于电极上发生的反应大多为多相界面反应，为提高反应速率，电极一般采用多孔材料并涂有电催化剂。
电解质的作用是输送燃料电极和氧电极在电极反应中所产生的离子，并能阻止电极间直接传递电子。隔膜的作用是传导离子、阻止电子在电极间直接传递和分隔氧化剂与还原剂。因此隔膜必须是抗电解质腐蚀和绝缘的物质，并具有良好耐润湿性。
燃料电池具有比能量高、使用寿命长、维护工作量少以及能连续大功率供电等优点。将燃料电池作为汽车的动力已被公认为是2l世纪的必然趋势，是人们提出的后石油时代解决移动动力源的方案之一，是实现低碳减排目标的重要能源转换技术。与其他以动力电池为动力的纯电动汽车及混合电动汽车比较，燃料电池汽车具有续驶里程长、动力性能高等优点。但是燃料电池的寿命较短、成本较高，另外氢源的获取也是个难题。
最常用的燃料为纯氢、各种富含氢的气体(如重整气)和某些液体(如甲醇水溶液)，常用的氧化剂为纯氧、净化空气等气体和某些液体(如过氧化氢和硝酸的水溶液等)。氢燃料电池具有以下的特点：
1）无污染。氢燃料电池对环境无污染，氢燃料电池是通过电化学反应，而不是采用燃烧（汽、柴油）或储能（蓄动力电池）方式。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。氢燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。
2）无噪声氢。氢燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正常交谈的水平。
3）高效率。氢燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由氢燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）中间变换。
