Ogniwa paliwowe Toyoty wykorzystują najczęściej występujący pierwiastek chemiczny we Wszechświecie – wodór, łącząc go z tlenem pozyskanym z powietrza. W wyniku tej prostej reakcji chemicznej powstaje energia zasilająca auto oraz jej efekt uboczny: czysta woda.
Konstrukcja ogniw paliwowych jest bardzo prosta: każde z nich składa się z dwóch elektrod i membrany polimerowej. Półprzepuszczalna membrana pozwala jedynie na dyfuzję protonów, wpuszczając do przestrzeni katodowej kationy wodorowe, które wchodzą w reakcję z anionami tlenkowymi. Elektrony z anody zostają skierowane do zewnętrznego obwodu elektrycznego, wytwarzając prąd potrzebny do zasilania urządzeń. Ogniwa paliwowe są bezobsługowe i nie podlegają zużyciu.
Ogniwo paliwowe składa się z dwóch elektrod i membrany, która przepuszcza wyłącznie dodatnio naładowane cząsteczki wodoru. Protony wodoru łączą się z atomami tlenu, tworząc wodę. Elektrony zostają przekierowane do obwodu elektrycznego, tworząc prąd, który wprawia auto w ruch.
W przeciwieństwie do hybrydy pojazd zasilany wodorem nie potrzebuje silnika spalinowego. Zespół ogniw paliwowych wytwarza całą energię elektryczną potrzebną do poruszania i zasilania auta, czerpiąc wodór z trzech zbiorników umieszczonych pod podłogą pojazdu. Łączna waga paliwa w Toyocie Mirai to 5,6 kg. Dla porównania waga baterii auta elektrycznego o podobnych osiągach to 700 kg.