Hibridni sustavi su kombinacija dvaju ili više izvora energije u svrhu uravnotežavanja njihovih obilježja, a zbog veće pouzdanosti sustava. Budući da su trenutačno u eksperimentalnoj fazi, samo se nekoliko ovakvih sustava može naći u svijetu (najviše u projektima NASA-e).

Postoji nekoliko izvedbi hibridnih sustava:

• gorivne ćelije u kombinaciji s plinskim turbinama ili mikroturbinama,
• Stirlingov stroj u kombinaciji sa solarnom elektranom,
• vjetroelektrane u kombinaciji sa spremnicima energije i, primjerice, motorima s unutrašnjim sagorijevanjem, turbinama ili gorivnim ćelijama,
• motori s unutrašnjim sagorijevanjem ili mikroturbine u kombinaciji sa spremnicima energije (primjerice, zamašnjacima).

Gorivne ćelije u kombinaciji s plinskim turbinama ili mikroturbinama mogu postići električnu učinkovitost između 60 i 70 posto. Učinkovitost gorivnih ćelija može se povećati ako rade s tlakom većim od atmosferskog te ako je tlak dovoljno velike vrijednosti moguće ih je integrirati s plinskom turbinom. U ovakvoj hibridnoj integraciji, plinski kompresor turbine koristi se za povećanje tlaka u gorivnoj ćeliji. Otpadna toplina iz gorivne ćelije (koja još sadrži 50 posto energije goriva kao nereagirano gorivo i otpadne topline) vraća se u turbinu, kako bi ekspandirala i dala više energije.

Stirlingov stroj u kombinaciji sa solarnom elektranom je mali hibridni sustav, snage od 5 do 25 kW te je idealan kao samostojeći i zamjena za dizelske agregate. Veće jedinice od 1 do 20 MW mogu se koristiti kao umrežena postrojenja.

Vjetroelektrane u kombinaciji sa spremnicima energije i, primjerice, motorima s unutrašnjim sagorijevanjem, turbinama ili gorivnim ćelijama koriste se na udaljenim lokacijama gdje ne postoji izgrađena elektroenergetska mreža. Prvi projekt hibridne tehnologije je vjetroelektrana u kombinaciji s vodikom na otoku Utsiri u Norveškoj, koja je puštena u pogon u rujnu 2003. godine. Riječ je o deset kućanstava (najmanje naselje u Norveškoj) koja su zbog dislociranosti imala problema s pouzdanom opskrbom električnom energijom. Jedna vjetroelektrana je hibridna elektrana koja služi za opskrbu naselja, dok druga vjetroelektrana svu proizvedenu energiju predaje u mrežu. Kada su vremenski uvjeti pogodni, vjetroturbine proizvode dovoljno električne energije za opskrbu naselja i za dobivanje vodika elektrolizom, a višak energije se predaje u mrežu. Kada vremenski uvjeti nisu pogodni spremljeni vodik se koristi za dobivanje električne energije u gorivnim ćelijama.

Motori s unutrašnjim sagorijevanjem ili mikroturbine u kombinaciji sa spremnicima energije (primjerice, zamašnjacima) predstavljaju pouzdanu rezervu za opskrbu električnom energijom.