燃料電池汽車(FCV)是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動汽車比較，其動力方面的不同在于FCV用的電力來自車載燃料電池裝置，電動汽車所用的電力來自由電網充電的蓄電池。因此，FCV的關鍵是燃料電池。

燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。發(fā)電的基本原理是:電池的陽極(燃料極)輸入氫氣(燃料)，氫分子(H2)在陽極催化劑作用下被離解成為氫離子(H+)和電子(e-)，H+穿過燃料電池的電解質層向陰極(氧化極)方向運動，e-因通不過電解質層而由一個外部電路流向陰極;在電池陰極輸入氧氣(O2)，氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子(O)，與通過外部電路流向陰極的e-和燃料穿過電解質的H+結合生成穩(wěn)定結構的水(H2O)，完成電化學反應放出熱量。這種電化學反應與氫氣在氧氣中發(fā)生的劇烈燃燒反應是完全不同的，只要陽極不斷輸入氫氣，陰極不斷輸入氧氣，電化學反應就會連續(xù)不斷地進行下去，e-就會不斷通過外部電路流動形成電流，從而連續(xù)不斷地向汽車提供電力。與傳統(tǒng)的導電體切割磁力線的回轉機械發(fā)電原理也完全不同，這種電化學反應屬于一種沒有物體運動就獲得電力的靜態(tài)發(fā)電方式。因而，燃料電池具有效率高、噪音低、無污染物排出等優(yōu)點，這確保了FCV成為真正意義上的高效、清潔汽車。

為滿足汽車的使用要求，車用燃料電池還必須具有高比能量、低工作溫度、起動快、無泄漏等特性，在眾多類型的燃料電池中，質子交換膜燃料電池(PEMFC)完全具備這些特性，所以FCV所使用的燃料電池都是PEMFC。