燃料電池電動汽車的工作原理是：車載燃料電池裝置通過一系列化學反應產生電力來驅動汽車。

具體來說，電池的陽極輸入氫氣，氫分子在陽極催化劑作用下離解為氫離子和電子，氫離子穿過電解質層向陰極運動，電子因通不過電解質層而由外部電路流向陰極。

在陰極輸入氧氣，氧氣在陰極催化劑作用下離解為氧原子，氧原子與通過外部電路流向陰極的電子以及燃料穿過電解質的氫離子結合生成水，完成電化學反應放出熱量。

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不斷進行，電子不斷通過外部電路流動形成電流，從而向汽車持續提供電力。

這和氫氣在氧氣中劇烈燃燒反應完全不同，也與傳統導電體切割磁力線的回轉機械發電原理不同，屬于無物體運動就獲得電力的靜態發電方式。

此外，當車輛有較大動力需求時，燃料電池會直接向電機輸送動力，與電池實現雙電源供電。車輛減速時，電機轉換成發電機回收動能，電能輸送到蓄電池儲存。

為滿足汽車運作需求，車用燃料電池具有高比能量、啟動快、低工作溫度、無泄露等特點，其中質子交換膜燃料電池在諸多燃料電池中完全具備這些特點，因此常被燃料電池汽車采用。

燃料電池汽車所需的氫燃料可以通過車輛直接攜帶，也可以通過燃料重整器將烴類燃料轉化為富含氫的氣體。單個燃料電池必須組合成燃料電池組，才能滿足汽車運作所需。