כלי רכב שפועלים בטכנולוגיית תאי דלק נבדלים באופן מובהק מרכבים בעלי מנוע קונבנציונלי עם מנגנון בעירה פנימית. בדומה לכלי רכב חשמליים עם סוללה, גם FCV (כלי רכב בטכנולוגיית תאי דלק) פועל באמצעות מנוע חשמלי, אך בעוד שכלי רכב עם סוללה מפיקים חשמל ממקור חיצוני (ומאחסנים אותו בסוללה), רכבי FCV מפיקים את החשמל מן המקור הפנימי שלהם. תאי דלק מפיקים חשמל בתהליך כימי תוך שימוש בדלק מימן וחמצן מן האוויר. ניתן לתדלק FCV בגז מימן טהור המאוחסן במכלי לחץ גבוה שבתוך הרכב. בנוסף לכך, גם דלקים עשירים במימן, כגון מאתנול, גז טבעי או אף בנזין יכולים לשמש לתדלוק כלי הרכב הללו, אך תחילה יש להפוך אותם למימן גזי באמצעות התקן הנקרא רפורמטור. רכבי FCV המתודלקים במימן טהור אינם פולטים מזהמים, בעוד שרכבים שעושים שימוש בדלקים עשירים במימן ורפורמאטור פולטים מזהמים בכמויות קטנות. יתר על כן, היעילות האנרגטית של FCV יכולה להיות כפולה מזו של רכב קונבנציונלי בגודל דומה, וייתכן כי ניתן יהיה לשלב בו טכנולוגיות מתקדמות נוספות להגברת היעילות. על פי ההשערה הרווחת, רכבים בטכנולוגיית תאי דלק לא יגיעו לשוק הכללי לפני שנת 2010.