因为氢气的含量丰富且高效，人们将氢气视为当今化石燃料的替代燃料，而且，与其他的替代燃料不同的是，氢气有可再生的潜力，且能达到零排放。通过使用氢燃料电池和氢内燃机，氢气可以用作能源载体来发电。在氢燃料电池中，氢气与空气中的氧气发生反应而产生电能。只要能够供应氢燃料，燃料电池便能持续运行并产生电能，而唯一的副产物就是热量和水。当今分布式发电系统使用的许多燃料电池要求与一个燃料处理器集成，以便从天然气或丙烷等烃类燃料中产生富氢气体。但是，在燃料电池中直接使用高纯度氢气有诸多益处。适合直接使用氢燃料的应用包括：便携式电源装置、主电源、备用电源、调峰和电网稳定。
便携式电源
许多公司正在开发以氢燃料盒和燃料电池替代当前所用手机、手提电脑及摄影机等设备的电池。燃料电池能够长时间运行，而且能效更高。
氢气的存储
风能和太阳能等可再生资源产生的电能不能一直满足使用需求。但是，为了最大限度地利用可再生能源，尤其是在偏远地区，可以利用这种能源产生能够存储的氢气。
备用或保障电能需求
需要使用十分可靠的电源来维持业务或设备的不间断运营时，甚至在电网电源断电时，要求使用备用电源和不间断电源 (ups)。这种寿命极长的燃料电池系统能够取代电池系统，为许多该类应用提供所需的主电源或备用电源。在这些应用中，在燃料电池中直接使用氢气时能够直接供电。
静能应用
燃料电池能将化学能直接转化为电能，其副产物只有热量和水。因此设计合理的燃料电池能够产生符合商用和民用电力要求的电能，同时也会产生热能。在燃料电池中直接使用氢气还能提高燃料电池系统的效率。
氢能站
氢能站是一种能联产电能、热能及氢气的技术。这种系统常称为 chhp（联合电能、热能及氢气）。如下图所示，氢能站利用高温燃料电池来联产电能、热能及氢气。其中燃料电池可以使用各种富氢燃料，包括消化气体、天然气、垃圾填埋气及合成气。该技术有望提供一种具有成本竞争力且可再生的氢气源。