Theoretisch können alle bekannten Verkehrsmittel, Autos, LKWs, Busse, Schiffe oder Flugzeuge, mit Wasserstoff betrieben werden. Grundlegend gibt es hierfür zwei verschiedene Möglichkeiten. Wasserstoff kann in herkömmlichen Verbrennungsmotoren verbrannt werden und so das Verkehrsmittel antreiben. Dabei ergibt sich jedoch ein geringer Wirkungsgrad. Die zweite Möglichkeit ist die Nutzung von Brennstoffzellen, in denen Wasserstoff in Wasser und elektrische Energie umgewandelt wird. Ein Verkehrsmittel mit einem elektrischen Antriebsstrang kann durch diese elektrische Energie angetrieben werden. Dies ist effizienter als die Verbrennung und spart somit Energie. Zudem arbeitet die Brennstoffzelle sehr geräuscharm und es entsteht lediglich Wasser als Abfallprodukt. Dies stellt eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu benzin- oder dieselbetriebenen Verkehrsmitteln dar, bei denen Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukt anfällt. Die Eignung der Wasserstoffnutzung in Autos wurde schon durch verschiedene Projekte gezeigt.

Auch bei Straßenbahnen wird über die Nutzung von Brennstoffzellen und Wasserstoff nachgedacht. Gerade an Orten, wo keine Oberleitung zur Verfügung steht, können die finanziellen Mehrkosten der brennstoffzellenbetriebenen Straßenbahnen sinnvoll sein, da für diese keine Oberleitungen benötigt werden.

In der Luftfahrtindustrie gibt es bereits Konzepte zum Einsatz von Brennstoffzellen. Damit könnte das heutzutage genutzte Kerosin durch Wasserstoff ersetzt werden. Die Anstrengungen der Industrie sind jedoch beschränkt, da es einige Hindernisse gibt. So weist Wasserstoff im Vergleich zu Kerosin eine geringe volumetrische Energiedichte auf, was zu dem Problem führt, dass deutlich größere Volumina im Flugzeug gespeichert werden müssten, um die gleiche Distanz zurückzulegen. Die Luftfahrtunternehmen befinden sich zudem in einem starken globalen Wettbewerb, was den Treibstoffkosten eine hohe Relevanz gibt. Wasserstoffbetriebene Flugzeuge haben folglich nur dann eine Chance sich durchzusetzen, wenn Wasserstoff im Vergleich zu den anderen Treibstoffen konkurrenzfähig wird. Weitere Hürden sind die hohen Sicherheitsstandards in der Luftfahrt. Der Brand des mit Wasserstoff gefüllten Zeppelins „Hindenburg“ im Jahr 1937 zeigt die Gefahren deutlich.

Unter der portablen Anwendung von Wasserstoff wird verstanden, dass dieser genutzt wird, um die Energieversorgung tragbarer Geräte zu gewährleisten. So können beispielsweise Handys, Laptops oder GPS-Geräte mit Energie versorgt werden. Bei den portablen Anwendungen können zwei unterschiedliche Technologiebereiche genannt werden.

Zum einen können herkömmliche Brennstoffzellen in einem geringen Leistungsbereich konzeptioniert und in Produkten verbaut werden. In diesem Technologiebereich gibt es bereits marktreife Produkte. Neben Brennstoffzellen werden auch Direktmethanol-Brennstoffzellen genutzt, die mit dem Wasserstoffderivat Methanol als Brennstoff arbeiten. In der Regel werden Membranbrennstoffzellen mit polymerem Elektrolyten (PEFC) eingesetzt.

Im zweiten Technologiebereich wird umfassend geforscht. Es wird versucht, sehr kleine Brennstoffzellen zu entwickeln, die sogenannten Mikrobrennstoffzellen. Derzeit gibt es kaum marktreife Produkte auf diesem Gebiet. Solche Mikrobrennstoffzellen könnten beispielsweise in Handys zum Einsatz kommen.

Ein hoher Anteil des Endenergiebedarfes in Deutschland entfällt auf Gebäude, z.B. auf Ein- oder Mehrfamilienhäuser. Ein Großteil hiervon wird für die Bereitstellung von Warmwasser und Heizungswärme genutzt. Öl- und Gasheizungssysteme wandeln die zugeführte Primärenergie praktisch komplett in Heizwärme um. Der Bedarf an elektrischer Energie wird durch eine zentrale Stromversorgung mit Verteilungsnetzen gewährleistet. Bei der Generierung von elektrischem Strom entsteht Abwärme, welche in den zentralen Großkraftwerken i.d.R. über Rückkühlanlagen abgeführt und so nicht genutzt wird. Eine Idee zur Beseitigung dieser Ineffizienz ist es, den Strom dort zu erzeugen, wo die Abwärme auch genutzt werden kann. Die Primärenergieeffizienz von Gebäuden kann durch die simultane Erzeugung von Strom und Wärme gesteigert werden. Dieses Konzept wird Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) genannt. Für die KWK sind Stirling- und Gasmotoren derzeit am weitesten verbreitet. Auch die Brennstoffzelle ist für die KWK geeignet und könnte die Motoren in Zukunft ersetzen. Der hohe elektrische Wirkungsgrad auch bei kleinen Leistungseinheiten ist ein Vorteil von Brennstoffzellen. Damit könnte Wasserstoff genutzt werden, um sowohl elektrische Energie als auch Wärme, in Form von Raumwärme oder Warmwasser, für die Gebäude bereitzustellen. Damit hätte jedes Gebäude ein eigenes kleines Brennstoffzellen-Kraftwerk. Eine Vielzahl dieser kleinen Kraftwerke können ein gemeinsames virtuelles Kraftwerk bilden und als Regelreserve in einem erneuerbaren Energienetzt eingesetzt werden.

Eine weitere stationäre Anwendungsmöglichkeit von Wasserstoff ist die Notstromversorgung. Brennstoffzellen können als Netzersatzanlagen genutzt werden, welche eine unterbrechungsfreie Versorgung mit Strom für unterschiedlichste Anwendungsfelder gewährleisten. Gerade für Krankenhäuser und Notfalldienste wie die Feuerwehr, aber auch für Rechenzentren, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung unabdinglich.