相較于傳統燃油車或純電動汽車動力系統，燃料電池發動機系統結構較為復雜。燃料電池發動機系統主要由燃料電池發動機、電壓變換器、車載氫系統等構成，其中燃料電池發動機主要部件包括電堆、發動機控制器、氫氣供給系統、空氣供給系統等。
與鋰電池作為儲能裝置不同，氫燃料電池是一種非燃燒過程的能量轉換裝置。燃料電池電堆是發動機系統的核心部件，是陽極的氫氣和陰極的氧氣（空氣）發生電化學反應及產生電能的場所，對燃料電池發動機的關鍵性能和成本具有較大的影響。因此，電堆被稱之為燃料電池發動機系統的心臟，是燃料電池發動機的動力來源。
除電堆以外，燃料電池發動機還需要一系列輔助系統才能實現其功能。其中控制系統通過高精度調節反應氣體的壓力及流量等使得電堆中的反應始終維持在輸出功率、溫度、濕度均合適的水平，保證發動機穩定可靠工作；氫氣和空氣供給系統是為電堆提供合適壓力、溫度、濕度、流量的氫氣與空氣；水熱管理系統用于保持燃料電池內部水平衡和熱平衡。此外，燃料電池發動機系統配備由車載高壓儲氫瓶和配套閥件組成的車載氫系統用于儲存燃料，以及用于實現燃料電池與整車高壓之間解耦的 DC/DC 變換器。
