L'hydrogène (H2) se combine de manière explosive avec l'oxygène (O2) pour former de l'eau (H2O). La réaction est exothermique, c'est-à-dire qu'elle libère de l'énergie. L'hydrogène et l'oxygène ont donc été utilisés comme carburant de fusée pendant des décennies, non pas en raison d'un avantage pour l'environnement, mais parce que tout le poids du carburant est enflammé. Le fait que le processus soit une combustion propre a suggéré à certains, dans les années 1990, qu'il serait également respectueux de l'environnement d'étendre son utilisation comme carburant automobile. Bien que l'idée ait été rapidement rejetée pour des raisons scientifiques, l'idée a connu une renaissance ces dernières années.
Les partisans de l'hydrogène comme carburant pensent qu'un passage des hydrocarbures à l'hydrogène est avantageux pour l'environnement. Plus précisément, ils vantent la propreté avec laquelle l'hydrogène brûle, ne produisant que de l'énergie et de l'eau. Ceci ignore cependant la fin de la production, qui est très polluante.
Environ 95 % de l'hydrogène actuellement produit aux États-Unis provient du traitement du gaz naturel appelé « reformage du méthane à la vapeur ». Bien que le processus utilise du gaz naturel, la production crée une grande quantité de CO2 - à l'opposé de l'impression des partisans de l'hydrogène carburant donner.
La séparation de l'hydrogène et de l'oxygène par hydrolyse (à l'aide d'électricité) est beaucoup moins populaire que le reformage du méthane à la vapeur car elle est tellement inefficace; seulement environ 70 pour cent. D'après le documentaire "Qui a tué la voiture électrique ?" une voiture à pile à combustible alimentée à l'hydrogène et fabriquée à l'électricité consomme trois à quatre fois plus d'énergie qu'une voiture alimentée par des batteries. Cette différence devrait s'élargir à mesure que la technologie des batteries continue de s'améliorer.
Une fuite d'hydrogène peut se produire au cours de nombreuses étapes de sa production et de son utilisation. Science Magazine a rapporté en juin 2003 que les fuites d'hydrogène dues à l'utilisation généralisée de carburant à l'hydrogène engloutiraient l'ozone plus rapidement que les CFC. Les chlorofluorocarbures sont interdits dans le monde entier pour éviter la détérioration de la couche d'ozone protectrice.
Les voitures à hydrogène nuisent davantage à l'environnement en détournant l'attention de l'efficacité beaucoup plus grande des voitures électriques. L'ingénieur de recherche Wally Rippel d'AeroVironment a avancé l'argument selon lequel GM et Shell proposent des piles à combustible à hydrogène comme moyen pour distraire le public avec une technologie qui est trop lointaine dans le futur pour nuire à la demande actuelle - et agit donc pour préserver le statut quo. En revanche, le secrétaire américain à l'Énergie et prix Nobel Steven Chu a demandé l'annulation de la totalité des 100 millions de dollars de son budget du DoE pour la recherche sur les piles à combustible à hydrogène.
Deux possibilités que les chercheurs poursuivent pour récupérer l'hydrogène en tant que carburant respectueux de l'environnement sont les suivantes. L'Argonne National Lab étudie le captage du CO2 lors du reformage du méthane à la vapeur. Et des chercheurs australiens travaillent sur une pompe à hydrogène résidentielle à énergie solaire - créant de l'hydrogène par hydrolyse à l'aide de panneaux photovoltaïques sur le toit de son propre garage.