מימן (H2) משלב בצורה נפיצה עם חמצן (O2) ליצירת מים (H2O). התגובה היא אקסותרמית, במילים אחרות היא משחררת אנרגיה. מימן וחמצן שימשו אפוא כדלק רקטות במשך עשרות שנים, לא בגלל תועלת לאיכות הסביבה אלא משום שמשקל הדלק המלא נדלק. כי התהליך הוא שריפה נקייה הציע לחלק, עוד בשנות התשעים, שיהיה ידידותי לסביבה להרחיב את השימוש בו גם כדלק לרכב. למרות שהרעיון נדחה במהירות מטעמים מדעיים, הרעיון חווה לידה מחדש בשנים האחרונות.
תומכי המימן כדלק מאמינים כי המעבר מפחמימנים לדלק מימן הוא יתרון לסביבה. באופן ספציפי, הם מראים את הניקיון שבו מימן בוער, ומייצרים רק אנרגיה ומים. אולם זה מתעלם מסוף הייצור, המזהם מאוד.
כ- 95 אחוז מהמימן המופק כיום בארצות הברית מקורו בעיבוד גז טבעי המכונה "רפורמות מתאן קיטור". התהליך אמנם משתמש בגז טבעי, אך הייצור יוצר הרבה מאוד CO2 - ההפך מתומכי הרושם של דלק מימן לָתֵת.
ההפרדה של מימן וחמצן על ידי הידרוליזה (באמצעות חשמל) היא הרבה פחות פופולארית משינוי קיטור במתאן מפני שהוא כל כך לא יעיל; רק כ -70 אחוזים. על פי הסרט התיעודי "מי הרג את המכונית החשמלית?" מכונית תאי דלק המופעלת על ידי מימן המיוצר באמצעות חשמל, משתמשת באנרגיה פי שלושה עד ארבעה מאשר במכונית המופעלת באמצעות סוללות. ההבדל הזה צפוי להתרחב ככל שטכנולוגיית הסוללה תמשיך להשתפר.
דליפת מימן יכולה להתרחש בשלבים רבים של ייצורה ושימוש בה. מגזין המדע דיווח ביוני 2003 כי דליפת מימן כתוצאה משימוש נרחב בדלק מימן תביא לזלול אוזון מהר יותר מכפי שעושים CFC. כלור-פלואורו-פחמנים נאסר ברחבי העולם כדי למנוע התדרדרות של שכבת האוזון המגוננת.
מכוניות מימן פוגעות עוד יותר בסביבה על ידי הסחת דעת מהיעילות הרבה יותר גדולה של מכוניות חשמליות. מהנדס המחקר וולי ריפל מ- AeroVironment העלה את הטענה כי GM ו- Shell דוחפים קדימה תאי דלק מימן כדרך. להסיח את דעת הציבור עם טכנולוגיה רחוקה מדי בעתיד כדי לפגוע בביקוש הנוכחי - ולכן פועל לשמירת המעמד קווו. לעומת זאת, שר האנרגיה האמריקני וסופר הנובל סטיבן צ'ו קרא לבטל את כל 100 מיליון הדולרים בתקציב ה- DoE שלו למחקר תאי דלק מימן.
שתי אפשרויות שחוקרים מחפשים להצלת מימן כדלק ידידותי לסביבה הן כדלקמן. המעבדה הלאומית ארגון חוקרת תפיסת CO2 במהלך תהליך הרפורמה של מתאן הקיטור. חוקרים באוסטרליה עובדים על משאבת מימן למגורים מונעת סולארית - ויוצרים דלק מימן באמצעות הידרוליזה באמצעות פוטו וולטאיקה על גג המוסך של עצמו.