Ogniwo paliwowe to układ generujący energię elektryczną powstałą z reakcji utleniania dostarczanego do niego z zewnątrz paliwa. Określenie to obecnie odnosi się do alternatywnych napędów zasilanych wodorem (samochody wodorowe).
Ogniwa paliwowe składają się z dwóch elektrod wykonanych z metalu lub grafitu, z wydrążonymi w nich kanalikami. Do anody doprowadzany jest wodór, do katody zaś tlen (powietrze). Powierzchnie wewnętrzne elektrod są pokryte katalizatorem (najczęściej platyną lub palladem). Oddziela je od siebie membrana – może być np. polimerowa, która stanowi elektrolit. Membrana przepuszcza protony naładowane dodatnio, a zatrzymuje elektrony.
Po doprowadzeniu do anody wodoru, jego atomy rozpadają się na dodatnio naładowane protony. Natomiast ujemnie naładowane elektrony dochodzą do katody omijając membranę. Katalizator przekształca cząsteczki tlenu w postać anionów wchodzących w reakcje i przyciągające wolne elektrony płynące od anody. Membrana w ogniwie paliwowym blokuje bezpośredni przepływ elektronów, wymuszając taki ich przepływ, aby możliwe było zasilanie poszczególnych odbiorników prądu.
Ogniwa paliwowe są wrażliwe na niskie temperatury otoczenia. Podczas mrozu woda powstająca w ogniwie może zamienić się w lód. Szkodliwa jest również wysoka temperatura. Woda w pracującym ogniwie może przejść w stan wrzenia i nieodwracalnie je zniszczyć.
Idealna temperatura pracy ogniwa wynosi 80 st. C. Rozwiązaniem problemu jest tzw. ogniwo wysokotemperaturowe, w którym zamiast wody wykorzystywana jest membrana nasączona kwasem fosforowym (cechuje się on znacznie wyższą temperaturą wrzenia w porównaniu ze zwykłą wodą). Na niewłaściwą pracę ogniw paliwowych wpływają poza tym zbyt duże ilości siarki i tlenku węgla.