按照工作温度、燃料处理方式、电解质类型的不同，燃料电池可分为不同的类型。目前应用于汽车领域主要以质子交换膜燃料电池为主，它将氢气和空气中的氧气经过电化学反应产生电能，工作产物只有水，因而是高效、清洁的动力装置。只要源源不断的供给燃料，燃料电池就会不断的发出电能，在这一点上与内燃机只要有燃油供应，就能不断产生动力有相通之处。因此，对于用于汽车动力的燃料电池，也有“燃料电池发动机”的称谓。
燃料电池汽车研发形成两个梯队
近年来，燃料电池汽车发展应用所面临的成本造价、启动性能、制氢储氢等关键技术瓶颈不断取得突破，并开始进入产业化阶段。
在燃料电池轿车方面，目前国际上基本形成两大梯队。第一梯队以丰田为首，还包括日产、本田、现代、奔驰、通用等跨国汽车公司，2020年之前均有将燃料电池汽车产业化的计划。在第二梯队汽车企业中，上汽集团的技术水平目前位于前列。
丰田最新推出的燃料电池轿车Mirai（日语意为“未来”）搭载总功率为114千瓦的燃料电池系统，采用70兆帕的的高压氢罐，3分钟即可将氢气加满，续驶里程达到700公里。在氢安全方面，Mirai采用特殊材料的外壳使氢罐可以抵挡轻型武器的攻击。另外，储氢罐通过了非常严格的局部火烧试验和冲击、跌落试验，耐火性能和耐摔性能均满足高压储氢罐全球技术规则的要求，确保了氢气的存储安全。在低温冷启动方面，克服了一系列技术难题，成功实现了在负30℃条件下启动。在成本控制方面，相比于2008年的丰田FCHV-adv，Mirai的成本下降了95 %。2015年，Mirai的售价为723.6万日元（约42万元人民币），享受政府补贴后在日本的实际售价约为520万日元（约27万元人民币）。综上，以Mirai所代表的世界领先水平，无论从低温启动性能、安全性、续驶里程，还是整车成本控制来看，燃料电池汽车已完全具备媲美传统内燃机汽车的能力。
韩国现代也已于2013年发布了其第一款燃料电池汽车ix35，该车通过了多种环境条件的测试，目前也以租赁的方式进行销售。
奥迪汽车公司于2014年发布了燃料电池汽车A7 Sportback h-tron，该车续驶里程超过500km，最大输出功率为170 kW。
2013年1月，日产、戴姆勒和福特宣布联合开发全新的燃料电池系统，并在未来十年内加速推进燃料电池汽车的市场化。戴姆勒近期表示，预计在2017年将具有价格竞争力的燃料电池汽车投放市场。
在国内，在2014年9月举办的“创新征程——新能源汽车万里行”活动中，由上汽集团自主研发的燃料电池汽车荣威750成功挑战了沿海潮湿、高原极寒、南方湿热、北方干燥的气候环境，充分检验了其环境适应性，但离成功进入市场仍有一定的差距。
加氢基础设施建设严重匮乏
与蓄电池电动汽车面临的充电基础设施难题类似，燃料电池汽车发展也面临加氢站基础设施严重匮乏的局面。据统计，2015年全球加氢站建设迈入新阶段，新增54座加氢站。截止2016年1月，全球共有214座加氢站正在运营。
而我国在加氢站的建设及标准法规方面与国外相比存在着较大的差距。国内目前只有两个加氢站在运行：一个位于上海嘉定地区，为上汽集团的部分燃料电池汽车提供加氢服务；另一个在北京西北部永丰产业基地，为燃料电池客车提供加氢服务。
不过与电动汽车充电基础设施相比较而言，加氢设施的建设与传统加油站的建设更加相似，不用考虑车位数量、小区配电改造、电网压力等问题，同时具有更高的使用便利性和环境效益。
在氢气的来源方面，有多种路线可供选择。目前，主要有以下几种不同的氢气生产路线：
1. 在大型的中心工厂，蒸汽重整天然气制氢，然后以液态氢的形式用拖车运送，或者利用管道输送氢气到汽车加氢站；
2. 石油炼制工业合成氨工厂等部门的副产品氢气，这也是现阶段比较适合我国的氢气来源；
3. 在加氢站现场，利用管道输送来的天然气，采用小规模的蒸汽重整制氢；
4. 在加氢站现场，电解水制氢，而电力的来源选择多样化，可以使用风电、太阳能等清洁能源，实现制氢过程的零排放，这也是未来制氢技术的终极发展方向。
商业化面临考验 成本与寿命是两道坎
燃料电池面临着的低成本与长寿命兼顾问题，仍然是制约燃料电池汽车大规模商业化的瓶颈。
关于成本问题，美国能源部的项目规划中明确指出，到2020年，车用燃料电池系统的成本下降到40美元/kW。根据2015年12月美国能源部公布的文件，现阶段若大批量生产50万套额定功率为80 kW的乘用车燃料电池系统，其成本可以控制在54.84美元/kW，正在向40美元/kW的商业化目标逐步靠近。
关于寿命问题，美国能源部的项目规划和我国的《中国制造2025》中都明确指出，在2020年车用燃料电池堆的使用寿命达到5000小时。
因此，降低燃料电池系统的制造成本，提高燃料电池堆的耐久性，仍然是燃料电池汽车商业化进程中的重点研究方向。