研究者們認為氫能一旦制成，就像石油或天然氣一樣，起著能源載體的作用，可以通過管道輸送或運輸到需要的地方。氫每單位質量的能量存儲量是傳統汽油的三倍。當它在空氣中“燃燒”時可以釋放出存儲的能量，并且它可以與氧氣結合再次產生水。從這個意義上講，氫能才是最終的綠色燃料。
但是，氫作為燃料，它的安全問題導致其在實際應用中一直受限。近幾十年來，創建“氫能經濟”的想法一直集中在開發液態氫作為主要用于汽車的替代綠色燃料。同時，風能和太陽能發電場的電力成本迅速下降，使得使用清潔電力大規模地生產氫氣成為可能。

應用在交通運輸方面 

在氫能的用途中，把氫能應用在運輸中是一個最有亮點的方向。近些年來，隨著油價的上漲，電池驅動的電動汽車已成為一種可行的技術。但是對于較大的車輛，所需的電池又大又重，因此需要尋找新的可用能源，這會為氫能的應用打開一個突破口。

阿爾斯通公司建造的兩輛氫燃料電池列車分別于2018年在德國和2020年在奧地利投入商業服務。英國也一直在其鐵路網絡上使用這種方法。

氫的高能量也引起了飛機制造商的關注。在英國，2020年看到了六座氫乘用飛機的飛行，而歐洲航空航天公司空中客車公司則推出了三架概念氫飛機。他們認為氫動力飛機的維護成本要比電池飛機低，因為電池的使用壽命有限。

雖然大多數分析家認為電池電動汽車是乘用車的未來，但一些汽車制造商認為，相比于電池電動車，氫燃料汽車在某些方面也有不可替代的優點。首先，氫燃料汽車的加油速度更快，同時他們覺得氫燃料汽車的無排放是一個很重要的優點。比并且他們認為氫卡車也可能比電動卡車更可行，因為氫卡車不像電動卡車那樣需要很大的電池。

應用于無碳家庭供暖 

氫的用途很多，除了前面提到的用途以外，氫能也可以應用到對家庭進行供暖方面。與傳統的供暖方式相比，氫供暖可以避免碳的使用。但對此人們的意見褒貶不一。

一些支持者稱，包括英國在內的國家可以重新利用現有的天然氣管網來輸送氫氣，并將天然氣鍋爐換成能夠燃燒氫氣的鍋爐。但是持懷疑態度的人說，將熱泵中的可再生電力直接用于房屋供暖，而不是先將其轉化為氫而損失能源，效率會更高。

英國的國家電網ESO表示，如果要實現凈零排放，必須部署像氫一樣的經營電網的公司的系統，并希望氫能通過提供像風能和太陽能一樣，輸出時只需要很低的電力或像當今天然氣一樣靈活，能在寒冷天氣中來提供供暖。

應用于煉鋼行業 

氫能也可以被應用在鋼鐵等重工業方面。就在2020年，國內首座氫能煉鋼廠正式簽約，并將于2021年投產，這意味著在全球已經初見端倪的氫能煉鋼，終于要在全球最大的鋼鐵生產和消費國落地生根了!

鋼鐵是世界上最大的碳排放源之一，煉鋼過程中會產生很多的二氧化碳。氫能煉鋼則利用氫氣替代一氧化碳做還原劑，其還原產物為水，沒有二氧化碳排放，因此煉鐵過程100%綠色無污染。在全球應對氣候變化形勢下，主要國家或經濟體制定了碳減排目標，鋼鐵企業紛紛進行減碳技術研究，以應對已經到來的碳減排挑戰。歐洲和日本鋼鐵行業正積極開發氫還原煉鐵工藝技術并建設示范工廠，這些技術有助于實現鋼鐵工業二氧化碳零排放。

應用于化工生產 

目前，全球的氫氣每年產能約為7000萬噸，主要用于制造氨肥和甲醇等化學物質，以及在煉油過程中去除雜質。化工行業當中，大部分氫氣用于加氫處理、加氫裂化和脫硫。由于優質低硫燃料的需求激增，以及輕質低硫燃油的減少，氫的需求量在不斷增長。過去氫氣本身是化工的副產品之一，然而現在需量增加，導致供需失衡，石化工業目前也在采取天然氣為原料進行氫氣的制備。然而，其中約有96％本身直接由化石燃料制成，主要是天然氣，其次是煤炭和石油。但未來氫能的發展方向是朝著可再生能源電解水制氫的“綠氫”方向發展。