Hybrid- oder auch Elektrofahrzeuge werden vor allem auch durch die Leistungsfähigkeit des Energiespeichers geprägt. Ein Hybridfahrzeug hat gegenüber konventionellen Fahrzeugen den Vorteil, dass es die Bremsenergie zu einem großen Teil (bis auf den Wirkungsgradverlust) zurückgewinnen kann. Für die Zwischenspeicherung der Energie benötigt ein Hybridfahrzeug einen Energiespeicher.

In den meisten Fällen werden elektrische Energiespeicher eingesetzt, da diese hinsichtlich der Leistungs- und Energiedichte sowie der Verfügbarkeit im Automotive Bereich am geeignetsten sind und daher auch in zahlreichen Prototypen und Serienfahrzeugen verwendet werden.

Zuweilen werden auch mechanische Energiespeicher in Form eines Schwungrads oder hydraulische Speicher für Hybridantriebe verwendet. Hinsichtlich der Langzeitspeicherfähigkeit sind aber bislang alle Systeme im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftstoff, der die gespeicherte Energie nur durch Verdunstung verliert, wenig geeignet. 

Mechanische Energiespeicher 

Ein mechanischer Energiespeicher speichert die Energie z.B. mit Hilfe eines Schwungrads, d.h. die Energie, die z.B. bei der Bremsenergierückgewinnung umgewandelt wird, wird genutzt, um die Drehzahl des Schwungrads zu erhöhen. Das KERS-System (Kinetic Energy Recovery System) der Firma Compact-Dynamics ist eine Mischung, aus einem mechanischem und elektrischem Energiespeicher. Die Energie wird mit Hilfe eines Schwungrads gespeichert, aber über einen elektrischen Übertragungsweg der Antriebsmaschine bereitgestellt.

Elektrische Energiespeicher 

Bei konventionellen Fahrzeugen hat sich die 12 Volt Bleisäure Batterie seit Jahrzehnten etabliert und ist in allen gängigen Werkstätten und vielen Tankstellen erhältlich. Bleisäure Zellen weisen eine Nennspannung von 2,0 Volt auf. Hinsichtlich der Energiedichte ist dieser Batterietyp wenig geeignet um eine Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug darzustellen. Langfristig soll der umweltschädliche Stoff Blei vollkommen aus dem Fahrzeug vermieden werden. Falls überhaupt, dann nur für Micro-Hybrid Systeme geeignet.   

In Handys und Notebooks ist der Siegeszug der Lithium-Ionen Batterie nicht mehr aufzuhalten. Aufgrund der hohen Zellenspannung von 3,6 Volt und idealen Werten hinsichtlich der Leistungs- und Energiedichte wird die Lithium-Ionen Batterie auch im Hybridantriebstrang vermehrt eingesetzt. Hauptproblem bei automobilen Anwendungen ist die Problematik bei Deformierungen durch Unfälle und der dadurch oftmals unvermeidbare Kontakt mit Wasser wodurch Explosionen entstehen. Die Lithium-Ionen Batterie ist für alle Hybridsysteme gleichermaßen geeignet.

Die Nickel-Cadmium Batterie weißt eine Zellenspannung von 1,2 Volt auf. Vor allem durch hohe Werte bei der Energiedichte kann dieser Batterietyp überzeugen. Hinsichtlich des umweltschädlichen Stoffes Cadmium ist ein Serieneinsatz dieser Batterie Technologie ungewiss. Um den Memory-Effekt bei diesem Batterietyp zu vermeiden, darf dieser Batterie nicht unterhalb von ca. 0,85 Volt fallen. Ein weiterer positiver Aspekt dieser Batterie ist das gute Tiefsttemperaturverhalten. Auf Grund der hohen Energiedichte ist die Nickel-Cadmium Batterie für Mild- und Voll Hybridsysteme die richtige Wahl. 

Derzeitige Hybridbatterien wie im Toyota Prius oder im Honda Civic nutzen Nickel-Metallhydrid Batterien. Eine einzelne Zelle hat typischerweise eine Zellenspannung von 1,2 Volt. Vor allem durch hohe Werte bei der Energiedichte kann dieser Batterietyp überzeugen. Um die Alterungseffekte der Batterie gering zu halten, ist ein definiertes Ladefenster vorgegeben, in dem die Batterie idealerweise betrieben werden soll.  Auf Grund der hohen Energiedichte ist die Nickel-Metallhydrid Batterie für Mild- und Voll Hybridsysteme die richtige Wahl

Vor allem in den Power-Hybrid Prototyp Fahrzeugen von BMW (wie im X3 Efficient Dynamics und X5 Efficient Dynamics) werden SuperCaps eingesetzt. Je nach Hersteller werden diese auch als UltraCaps bezeichnet . Letztlich sind SuperCaps  Zwei-Schicht Kondensatoren (im englischen Dual Layer Capacitors gennannt). Sehr hohe Leistungsdichten sorgen für Spitzenwerte im Automobil. Die Energiedichte ist dabei aber sehr niedrig und markiert das Schlusslicht in diesem Vergleich. Die Zellenspannung liegt bei ca. 2,5 Volt. Hinsichtlich der Umweltverträglichkeit können SuperCaps ohne Bedenken eingesetzt werden. Bei Tiefsttemperaturen unter -25°C muss man bei SuperCaps Abstriche im maximal möglichen entnehmbaren Strom hinnehmen. Für Mild- und Power Hybridsysteme geeignet.