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Une pile à combustible est capable de transformer de l'énergie chimique en énergie électrique. Sa structure simple la fait ressembler à une batterie: ses cellules comportent deux électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte. Une électrode est alimentée en hydrogène (H2), l'autre en oxygène (O2). A l'intérieur de la cellule, l'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former de l'eau (H2O); les électrodes produisent du courant continu. De la chaleur naît simultanément, qui soit peut être utilisée soit doit être éliminée par refroidissement. Comme les cellules isolées ne produisent qu'une faible tension électrique, elles sont montées en série. C'est cette combinaison que l'on appelle une pile à combustible. Il n'est donc plus nécessaire de recourir à plusieurs niveaux de transformation, tels qu'ils existent dans un moteur à combustion ou un générateur (énergie thermique, mécanique et électromagnétique). Les systèmes à piles à combustible sont donc des systèmes de transformation de l'énergie à fort rendement.
Le potentiel d'utilisation des piles à combustible est vaste: propulsion de véhicules, approvisionnement énergétique fixe et alimentation de petits appareils électroniques.
La pile à combustible est considérée comme une technologie très prometteuse depuis de nombreuses années. Mais encore non parvenue à maturité, elle demande d'importants investissements en recherche et développement. En l'état actuel, elle a pour défauts sa durée de vie limité, le prix élevé des stacks ainsi que le coût de préparation du combustible.
Les écoles polytechniques fédérales et leurs instituts de recherche (EPFL, ETHZ, IPS, EMPA) ainsi que diverses hautes écoles spécialisées sont les principales actrices de la recherche sur les piles à combustible. Des entreprises issues du privé sont également de plus en plus actives dans le développement et l'utilisation d'installations pilotes.
Le programme de recherche de l'OFEN consacré aux piles à combustible soutient ces centres de compétence et les rassemble en réseau. Le programme a aussi permis le développement de prototypes destinés au marché, au nombre desquels les piles à combustible portables (Powerpac), les systèmes de propulsion pour véhicules légers (SAM) ou pour bateaux (Hydroxy). Par ailleurs, l'Institut Paul-Scherrer a développé en collaboration avec le groupe français Michelin le HY-LIGHT. Ce prototype suisse de voiture utilisant une pile à combustible a retenu l'attention dans le monde entier.
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