Toyota vyniká medzi automobilkami, ktoré sa zaoberajú vývojom vozidiel s palivovými článkami. Tie sa vo všeobecnosti považujú za možnú odpoveď na veľký problém, ktorému bude čeliť automobilový priemysel v budúcnosti - ako vyvinúť alternatívu k súčasným spaľovacím motorom na uhľovodíkové palivá, ktorá by mala nulové emisie.

Technológia palivových článkov využíva chemickú reakciu medzi stlačeným vodíkom a kyslíkom (zo vzduchu) na tvorbu elektrickej energie, poháňajúcej automobil. Jediným produktom reakcie je voda. Vývoj na celom svete sa zameriava na získanie dostatočného množstva elektrickej energie zo „stohu“ článkov na pohon osobného vozidla a systémov potrebných na riadenie toku energie.

Počas cestných skúšok je určité obdobie vyhradené na zber údajov. Automobil prechádza rôznymi záťažovými situáciami, od jazdy na rýchlych diaľniciach po strmé stúpanie. Informácie sa použijú pri vývoji prakticky použiteľného vozidla s palivovým článkom.

Vozidlo FCHV-4, ktoré vystavuje Toyota na svojom stánku, poháňa vodík uskladnený vo vysokotlakových nádržiach. Automobil je založený na športovom úžitkovom vozidle Toyota Kluger V (známom v USA pod názvom Highlander). Pohonná jednotka pozostáva zo série palivových článkov Toyota s výkonom 90 kW a elektromotora s permanentným magnetom, ktorý dokáže dosiahnuť výkon 80 kW (107 koní podľa DIN) a krútiaci moment 260 Nm.

Okrem palivových článkov ako hlavného zdroja energie je vo vozidle FCHV-4 záložný Ni-MH akumulátor, ktorý poskytuje dodatočný výkon pri zrýchľovaní a dobíja sa pri regeneratívnom brzdení. Optimálne využitie elektrickej energie je pod kontrolou hybridnej technológie Toyota.

Najvyššia rýchlosť FCHV-4 je takmer 150 km/h a dojazd približne 250 km. Pohonná jednotka dosahuje podľa celkového indexu účinnosti premeny paliva na hybnú silu trojnásobnú efektívnosť oproti benzínovému motoru. Vysokotlakové nádrže na vodík sa nachádzajú pod zadnou podlahou a kvôli ďalšiemu znižovaniu použitia škodlivých freónov sa v klimatizácii vozidla využíva novovyvinutý princíp tepelného čerpadla s náplňou CO2.

Na poslednom autosalóne v Tokiu Toyota predstavila svoj automobil FCHV-5. Hoci sa navonok podobá na FCHV-4, používa toto vozidlo palivo nazývané CHF (čisté uhľovodíkové palivo), vyvinuté samotnou automobilkou v spolupráci s firmou ExxonMobil. FCHV-5 používa CHF na výrobu vodíka vo vlastnom konvertore CHF spoločnosti Toyota. Vodík sa následne premieňa v palivových článkoch na elektrickú energiu.

Čisté uhľovodíkové palivo je pomerne novým konceptom a považuje sa za najbližšiu náhradu bežného benzínu a nafty. Možno ho vyrábať z ropy, zemného plynu alebo uhlia a má nízky obsah síry. Najdôležitejšou výhodou je, že môže slúžiť ako palivo pre spaľovacie motory a na distribúciu možno využiť bežné benzínové čerpacie stanice.

Vozidlo Toyota FCHV-5 používajúce palivo CHF bude teda užitočné všade tam, kde nebude dostupná infraštruktúra čerpacích staníc na vodík.

FCHV-5 má množstvo prvkov rovnakých ako FCHV-4, ale jeho konvertor CHF, nový katalyzátor a výmenník tepla zabezpečujú vynikajúcu akceleráciu a vysokú účinnosť využitia paliva. Všetky komponenty systému sa nachádzajú pod podlahou, takže nezasahujú do priestoru pre cestujúcich. Najnovšie vozidlo Toyota s palivovými článkami už prechádza vyhodnocovaním výsledkov cestných skúšok.

Spoločnosť Toyota tiež v spolupráci s výrobcom autobusov Hino Motors vyrobila nízkopodlahový mestský autobus poháňaný vodíkovým hybridným systémom na báze palivových článkov. FCHV-BUS1 má kapacitu 63 pasažierov a prispeje k lepšej kvalite vzduchu v mestách a nižšej hlučnosti v obývaných oblastiach.

Autobus je vybavený strešnými vysokotlakovými nádržami a palivovými článkami Toyota. Vďaka jedinečnému hybridnému systému používajúcemu sekundárne akumulátory na ukladanie energie z regeneratívneho brzdenia má autobus dojazd viac ako 300 km. V Japonsku už začala Toyota v rámci vývoja autobusu FCHV-BUS1 jeho cestné skúšky.