Un autobus équipé d'une pile à combustible (PAC ou fuel cell electric vehicle - FCEV) est un autobus électrique dont l'énergie peut être produite directement dans le véhicule à partir de l'hydrogène. L'électricité est produite à la demande par une pile à combustible par la combinaison d'hydrogène et d'oxygène. Cette pile est alimentée en hydrogène qui est stocké sous haute pression dans des bouteilles située sur le pavillon du bus. L'utilisation de la pile à combustible ne dégage que de la vapeur d'eau. C'est donc un mode de propulsion particulièrement écologique localement.

Il existe deux types d'autobus à hydrogène :

•   les modèles équipés d'une batterie de petite capacité permettant de stocker temporairement l'énergie produite par la pile
•   les modèles équipés d'une batterie de grande capacité rechargeable au dépôt, dans ce cas la pile à combustible vient augmenter l'autonomie du bus (REX, range extender)

Dans les deux cas, un système électronique gère l'énergie. La pile à combustible permet d'avoir une meilleure autonomie que les autobus électriques à batteries.

Plusieurs constructeurs proposent des autobus équipés d'une pile à combustible. Certains constructeurs ont produit quelques véhicules à hydrogène qui sont restés à l'état de prototype.
La CATP a publié en juillet 2022 un avis de marché pour un accord-cadre relatif à l'acquisition et à la maintenance de véhicules hydrogène neufs 12 mètres et de matériels accessoires pour le transport urbain et non urbain de voyageurs d'une durée de 4 ans (lot 1 : acquisition de véhicules hydrogène neufs 12 mètres, valeur maxi. 700 millions d'euros ; lot 2 : acquisition et maintenance de véhicules hydrogène neufs 12 mètres, valeur maxi 1 025 millions d'euros).
Trois modèles ont été référencés : Caetano H2.CityGold, Solaris Urbino 12 hydrogen et Van Hool A12 LF FC.

La transformation de bus et cars à moteur thermique en véhicules fonctionnant à l'hydrogène est étudiée par plusieurs industriels. Quelques projets sont en cours sur des autobus, mais aussi pour équiper des autocars d'une pile à combustible.

L'arrivée de bus munis d'une pile à combustible dans un réseau nécessite bien évidemment quelques aménagements pour l'alimentation en hydrogène et la maintenance de ces bus.
Des industriels comme Engie (GNVert) ou Air Liquide exploitent des stations à hydrogène. L'hydrogène bas carbone peut être obtenu par la méthode délectrolyse de l'eau à partir d'électricité issue de sources d'énergies renouvelables.
Le rechargement d'un bus en hydrogène prend un peu moins de vingt minutes, selon Air Liquide.
L'entretien des bus à hydrogène nécessite un atelier aux normes ATEX.

Cette technologie fait parler d'elle depuis plusieurs années, mais n'a pas encore passé le cap de la grande série. Le principal frein est son prix, bien plus élevé que pour les bus diesel et la disponibilité de l'hydrogène renouvelable ou bas carbone.

•   1997 : premier prototype d'autobus équipé d'une pile à combustible : le Nebus (No Emission Bus) de Mercedes, réalisé à partir d'un O 405 N. ;
•   fin 2000 : premiers tests du prototype Mercedes Citaro pile à combustible ;
•   juin 2001 : Iveco CityClass équipé d'une PAC de 60 kW, fabriquée par IFC à Turin (ATM) ;
•   2003 : la RATP devait tester un Irisbus Cristalis propulsé par une pile Air Liquide / Nuvera de 60 kW, associée à une transmission électrique (par roues motorisées) pendant 2 ans, ce test n'a pas eu lieu ;
•   fin 2002 / été 2003 : livraison de 30 Mercedes Citaro FC dans 10 villes européennes (3 bus par réseau), bus en service probatoire pour deux ans ;

Il faudra ensuite attendre mars 2018 pour le démarrage d'un projet en France : la SAVAC annonce qu'elle va exploiter deux bus fonctionnant à l'hydrogène en Île-de-France.