Wodór (H2) łączy się wybuchowo z tlenem (O2), tworząc wodę (H2O). Reakcja jest egzotermiczna, czyli uwalnia energię. W związku z tym wodór i tlen są używane jako paliwo rakietowe od dziesięcioleci, nie ze względu na korzyści dla środowiska, ale dlatego, że spalany jest cały ciężar paliwa. Już w latach 90. XX wieku niektórzy sugerowali, że proces ten jest czystym spalaniem, że rozszerzenie jego zastosowania jako paliwa samochodowego byłoby przyjazne dla środowiska. Chociaż pomysł został szybko odrzucony z przyczyn naukowych, w ostatnich latach pomysł ten odrodził się.
Zwolennicy wodoru jako paliwa uważają, że przejście z węglowodorów na paliwo wodorowe jest korzystne dla środowiska. W szczególności zachwalają czystość, z jaką spala się wodór, wytwarzając tylko energię i wodę. To jednak ignoruje koniec produkcji, który jest wysoce zanieczyszczający.
Około 95 procent wodoru obecnie produkowanego w Stanach Zjednoczonych pochodzi z przetwarzania gazu ziemnego zwanego „reformowaniem parowym metanu”. Chociaż w procesie wykorzystuje się gaz ziemny, produkcja generuje duże ilości CO2 – w przeciwieństwie do wrażenia, jakie mieli zwolennicy paliwa wodorowego dać.
Oddzielenie wodoru i tlenu przez hydrolizę (przy użyciu elektryczności) jest znacznie mniej popularne niż reforming parowy metanu, ponieważ jest tak nieefektywny; tylko około 70 proc. Według filmu dokumentalnego „Kto zabił samochód elektryczny?” Samochód na ogniwa paliwowe zasilany wodorem wytworzony z energii elektrycznej zużywa trzy do czterech razy więcej energii niż samochód zasilany bateriami. Oczekuje się, że różnica ta będzie się powiększać wraz z ciągłym ulepszaniem technologii akumulatorów. .
Wyciek wodoru może nastąpić na wielu etapach jego produkcji i użytkowania. Science Magazine poinformował w czerwcu 2003 r., że wyciek wodoru z powszechnego stosowania paliwa wodorowego pochłonąłby ozon szybciej niż CFC. Chlorofluorowęglowodory są zakazane na całym świecie, aby zapobiec degradacji ochronnej warstwy ozonowej.
Samochody wodorowe dodatkowo szkodzą środowisku, odwracając uwagę od znacznie większej wydajności samochodów elektrycznych. Inżynier badań Wally Rippel z AeroVironment przedstawił argument, że GM i Shell promują wodorowe ogniwa paliwowe jako sposób odwracanie uwagi opinii publicznej technologią, która jest zbyt odległa, aby zaszkodzić obecnemu popytowi – i dlatego działa na rzecz zachowania statusu quo. W przeciwieństwie do tego, amerykański sekretarz ds. energii i noblista Steven Chu wezwał do anulowania wszystkich 100 milionów dolarów w swoim budżecie Departamentu Energii na badania nad wodorowymi ogniwami paliwowymi.
Dwie możliwości, które badacze poszukują, aby uratować wodór jako paliwo przyjazne dla środowiska, są następujące. Argonne National Lab bada wychwytywanie CO2 podczas procesu parowego reformingu metanu. A australijscy naukowcy pracują nad napędzaną energią słoneczną pompą wodorową do użytku domowego – wytwarzając paliwo wodorowe poprzez hydrolizę przy użyciu fotowoltaiki na dachu własnego garażu.