En marge des installations de production d'électricité classiques dont le rendement est rarement supérieur à 30 à 40%, d'importantes recherches sont actuellement effectuées dans le domaine de la pile à combustible. La pile à combustible se compose d'une anode, d'un électrolyte, d'une cathode et d'un circuit électrique. L'hydrogène est "extrait" de combustibles comme le gaz naturel, le GPL, le fioul, ... par des réacteurs catalytiques, puis amené à l'anode de la pile à combustible. Au contact de l'électrolyte, l'atome d'hydrogène s'ionise en protons H⁺ et en électrons e^-. Ces derniers pour rejoindre la cathode, fournissent de l'énergie électrique utilisable. Au niveau de la cathode, en présence d'oxygène (provenant de l'air extérieur), la réaction suivante va s'amorcer et amener à la formation d'eau : 2H⁺ + 2e^- + 1/2O₂ <==> H₂O. Ainsi, l'ensemble de la réaction produit de la chaleur qui peut être récupérée, et le courant continu ainsi obtenu est ensuite converti en courant alternatif. Le rendement total (électrique + thermique) est proche des 80% suivant le type de pile. Les émissions de CO₂ dans l'atmosphère sont identiques à celles des moteurs diesels pour un même débit d'injection, mais comme le rendement électrique est doublé, cela entraîne une baisse de 50% d'émission de CO₂.
Il n'y a aucun rejet de NO_x dans l'atmosphère car les différents types de piles à combustibles ont des températures de fonctionnement comprises entre 80°C et 1000°C et n'utilisent aucune flamme. Enfin, les produits soufrés étant éliminés en entrée des piles à combustibles par filtration, il n'y a aucun rejet de soufre. Il existe à ce jour quatre grandes familles de pile à combustible :
La PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) :
Sa température de fonctionnement avoisine les 90°C. Elle est alimentée par du gaz sous pression, ce qui ne lui permet pas d'avoir un gros rendement électrique (35%), mais les recherches sur la pile PEMFC sont en cours et elle pourrait être utilisée dans de nombreux domaines très porteurs tels que le chauffage et fabrication d'eau chaude, le transport (50kWe pour l'automobile, 100 kWe pour les bus, au delà de 200 kWe pour le rail et les bateaux. Ces secteurs sont actuellement en fort développement.
Installations domestiques (3 à 10 kWe) :
La PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) : Pour une température de fonctionnement proche de 200°C et une température de sortie avoisinant les 120°C, avec un rendement total de 80% (40% électrique, 40% thermique), cette pile est destinée au chauffage et à l'eau chaude sanitaire. Notons que c'est la première pile à combustible à avoir été mise sur le marché. EDF en a installé une en démo à Chelles (modèle ONSI PC25C). L'inconvénient de ces piles réside dans le fait qu'elles ne savent pas oxyder autre chose que l'hydrogène et sont très sensibles au monoxyde de carbone (CO). 
La MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) : utilise comme électrolyte un mélange de carbonates et est capable d'oxyder le monoxyde de carbone. Encore au stade de développement à cause de son coût.
La SOFC (Solid Oxide fuel Cell) : Sa température de fonctionnement est de l'ordre de 1000°C et utilise comme électrolyte le Zircone avec un rendement électrique supérieur à 60% lorsqu'elle est combinée à une turbine à combustion. Elle oxyde directement le CO et peut être directement alimentée en méthane. Elle est destinée dans les dix prochaines années au secteur industriel car permet des puissances de plusieurs centaines de kWe.
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