ハイブリッド機関車・気動車の利点としては、回生ブレーキを使用して発生した電気を蓄電池に貯蔵するなどすることにより、従来は制動時に摩擦熱として捨てられていたエネルギーの回収が可能で、それを動力用として再利用できる点が挙げられる。また、力行時に必要とされる出力をエンジンだけに頼ることがなくなるため、エンジン稼働時間の短縮や小排気量化が可能となり、排出ガス量の低減。ただし、欠点としては蓄電池の搭載により重量が増加するため、上り勾配の斜度や距離などの条件次第ではむしろエネルギー効率が落ちることも考えられる。
日本におけるシリーズハイブリッド式気動車の導入.
また、ハイブリッド鉄道車両を含む電気式気動車については、甲種内燃車運転免許だけでなく、甲種電気車運転免許でも追加の教育を受ければ運転することができるようになっており、鉄道事業者の運転教育などのコストが低減されている。
なお、日本における電気式気動車の復権は当初ハイブリッド気動車によって開始されたが、蓄電池を搭載しない純粋な電気式気動車の導入も広がりつつある。
方式.
シリーズ方式.
電気式気動車の発電機とモーターの間に大容量バッテリーを追加することにより、エンジンと発電機双方の小型化とエンジンの使用率低減を可能とし、効率を改善したのがシリーズ方式である。モーター駆動であるため出力制御が容易で、通常の内燃車に必須な変速機や推進軸が不要であることが利点であるが、内燃車と電気車のシステムが共存するため、システム占有体積と重量が大きくなること、エンジン動力を一旦電気に変換する際に発生する熱エネルギーの損失が多く、回生制御が働かないと効率が落ちることが欠点となる。
パラレル方式.
パラレル方式では、エンジンは従来の内燃車と遜色のない出力を備えるものが多く、内燃車同様変速機や推進軸を介して車輪の駆動を行い、同時にモーターを用いた発電（充電）も行う。回生ブレーキの発電機としても用いられるモーターは発進から中速域までを受け持ち、車両総重量に比較して小型で出力も小さい。
パットン（アメリカ）.
ピーパー（ベルギー・フランス）.
トーマス（イギリス・ニュージーランド）.
アルストム（ドイツ）.