Wasserstoff (H2) verbindet sich explosionsartig mit Sauerstoff (O2) zu Wasser (H2O). Die Reaktion ist exotherm, das heißt, sie setzt Energie frei. Wasserstoff und Sauerstoff werden daher seit Jahrzehnten als Raketentreibstoff eingesetzt, nicht aus Gründen der Umwelt, sondern weil das volle Gewicht des Treibstoffs gezündet wird. Dass der Prozess sauber verbrennt, deutete in den 1990er Jahren einigen darauf hin, dass es umweltfreundlich wäre, seine Verwendung auch als Autokraftstoff auszuweiten. Obwohl die Idee aus wissenschaftlichen Gründen schnell verworfen wurde, erlebte die Idee in den letzten Jahren eine Wiedergeburt.
Befürworter von Wasserstoff als Kraftstoff glauben, dass eine Umstellung von Kohlenwasserstoffen auf Wasserstoff als Kraftstoff vorteilhaft für die Umwelt ist. Insbesondere werben sie für die Sauberkeit, mit der Wasserstoff verbrennt und nur Energie und Wasser produziert. Dies ignoriert jedoch das Produktionsende, das stark schadstoffbelastet ist.
Etwa 95 Prozent des derzeit in den USA produzierten Wasserstoffs stammen aus der Erdgasverarbeitung, die als „Dampfmethanreformierung“ bezeichnet wird. Obwohl bei dem Verfahren Erdgas verwendet wird, entsteht bei der Herstellung viel CO2 – das Gegenteil von den Eindruck, den Wasserstoff als Kraftstoff vertritt geben.
Die Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Hydrolyse (unter Verwendung von Strom) ist viel weniger beliebt als die Dampfreformierung von Methan, da sie so ineffizient ist; nur etwa 70 Prozent. Laut dem Dokumentarfilm "Wer hat das Elektroauto getötet?" Ein Brennstoffzellenauto mit Wasserstoffantrieb und Strom verbraucht drei- bis viermal mehr Energie als ein batteriebetriebenes Auto. Es wird erwartet, dass dieser Unterschied mit der weiteren Verbesserung der Batterietechnologie noch größer wird.
Wasserstoffaustritt kann während vieler Schritte seiner Herstellung und Verwendung auftreten. Das Science Magazine berichtete im Juni 2003, dass Wasserstoffaustritt aus der weit verbreiteten Verwendung von Wasserstofftreibstoff Ozon schneller verschlingen würde als FCKW. Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind weltweit verboten, um eine Verschlechterung der schützenden Ozonschicht zu verhindern.
Wasserstoffautos schaden der Umwelt zusätzlich, indem sie von der weitaus höheren Effizienz von Elektroautos ablenken. Der Forschungsingenieur Wally Rippel von AeroVironment argumentierte, dass GM und Shell Wasserstoff-Brennstoffzellen als einen Weg vorantreiben die Öffentlichkeit mit einer Technologie abzulenken, die zu weit in der Zukunft liegt, um die aktuelle Nachfrage zu beeinträchtigen – und daher handelt, um den Status zu erhalten quo. Im Gegensatz dazu hat der US-Energieminister und Nobelpreisträger Steven Chu die Streichung aller 100 Millionen US-Dollar in seinem DoE-Budget für die Wasserstoff-Brennstoffzellen-Forschung gefordert.
Zwei Möglichkeiten, die Forscher verfolgen, um Wasserstoff als umweltfreundlichen Kraftstoff zu retten, sind folgende. Das Argonne National Lab untersucht die CO2-Abscheidung während des Methan-Dampf-Reformierungsprozesses. Und Forscher in Australien arbeiten an einer solarbetriebenen Wasserstoffpumpe für Wohngebäude – sie erzeugen Wasserstoffkraftstoff durch Hydrolyse mit Photovoltaik auf dem eigenen Garagendach.