Einer der größten Vorteile von Brennstoffzellen gegenüber anderen Brennstoffen und Antriebsarten ist ihr hoher Wirkungsgrad. Dieser liegt im Idealfall bei über 60 %. Wird auch das Nebenprodukt Wärme zum Heizen, zur Warmwasserbereitung oder Ähnlichem weiterverwendet, beträgt der Wirkungsgrad sogar bis zu 85 %. Zum Vergleich: Ein Benzinmotor hat einen ungefähren Wirkungsgrad von 20 %, während Kohlekraft bei ca. 40 bis 45 % und eine Windenergieanlage bei rund 50 % liegt. Brennstoffzellen sind daher äußerst effiziente Energieerzeuger.
Autos mit Wasserstoffantrieb bieten im Vergleich zu Verbrennern und mit Strom betriebenen E-Autos einige Vorteile: Sie können innerhalb kürzester Zeit mit Wasserstoff betankt werden und verfügen über eine vergleichsweise hohe Reichweite (im Schnitt bis zu 600 km). Dadurch sind Brennstoffzellen als klimafreundlicher Antrieb vor allem für Lkw und Schiffe interessant, für die ein reiner Elektroantrieb keine ausreichende Reichweite bietet.
Darüber hinaus bestechen Brennstoffzellen mit ihrer Emissionsfreiheit. Beim Betrieb von Wasserstoff-Brennstoffzellen entstehen neben Strom lediglich Wasser und Wärme – klimaschädliche Emissionen treten nicht auf. Hier muss jedoch genauer hingeschaut werden: Je nach Brennstoff – zum Beispiel Wasserstoff, Erdgas, Methan oder Biogas – können bei der Förderung beziehungsweise Gewinnung Emissionen entstehen.
So wird beispielsweise zwischen verschiedenen Farben des Wasserstoffs unterschieden: Nur grüner Wasserstoff wurde vollkommen klimaneutral gewonnen, bei grauem Wasserstoff entstehen im Zuge der Dampfreformierung fossiler Brennstoffe jedoch große Mengen CO2.