Có nhiều loại xe hybrid khác nhau.
Full hybrid
Xe full hybrid (còn gọi là parallel hybrid) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau tuỳ từng điều kiện vận hành. Pin động cơ điện có thể tự sạc bằng năng lượng cung cấp từ động cơ đốt trong.
Xe full hybrid có thể chạy hoàn toàn bằng điện hoặc hoàn toàn bằng xăng/dầu hoặc kết hợp cả hai. Động cơ điện thường hoạt động riêng lẻ ở tốc độ thấp – trung bình. Tuy nhiên chỉ di chuyển trong quãng đường ngắn do giới hạn pin xe. Nhưng bù lại, pin lại có lợi thế tự sạc nhanh bằng động cơ đốt trong. Ở loại xe này, động cơ đốt trong vừa đảm nhận truyền lực cho xe, vừa tạo năng lượng để sạc pin cấp điện cho động cơ điện.
Với các loại xe full hybrid, khi vừa khởi động, xe vận hành ở chế độ không tải, động cơ điện sẽ làm việc một mình. Khi xe bắt đầu di chuyển, tuỳ theo cách thức lái xe mà bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào cho động cơ đốt trong hoạt động, khi nào cho động cơ điện hoạt động hay khi nào cho cả hai hoạt động cùng lúc.
Nếu người sử dụng di chuyển ở tốc độ thấp, đạp ga nhẹ nhàng thì động cơ điện thường vẫn làm việc đơn lẻ. Nếu đạp ga sâu thì bộ điều khiển sẽ kích hoạt động cơ đốt trong để xe tăng tốc nhanh theo ý muốn người lái.
Nếu tốc độ đã ổn định, ví dụ như duy trì đều đặn ở dải tốc trung bình 50 – 60 km/h thì động cơ đốt trong sẽ tự ngắt, chỉ có động cơ điện hoạt động.
Mild hybrid
Mild hybrid electric vehicle – MHEV (xe lai nhẹ) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt nhưng động cơ điện không thể hoạt động riêng lẻ. Ở loại xe này, động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ cho động cơ đốt trong, không thể vận hành độc lập như full hybrid.
Nhiệm vụ chính của động cơ điện là cho phép động cơ đốt trong tắt khi xe đang lao dốc, phanh gấp, tạm dừng và nhanh chóng khởi động lại sau đó. Bên cạnh đó, động cơ điện cũng tạo ra công suất để tăng lực kéo cho động cơ đốt trong. Pin của động cơ điện sẽ được nạp năng lượng thông qua quá trình phanh xe.
So với hệ thống full hybrid, hệ thống mild hybrid thường có giá thành thấp hơn do kết cấu đơn giản hơn, chi phí sản xuất ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, vì động cơ điện chỉ đóng vai trò phụ nên hiệu quả trong việc tối ưu công suất cũng như khả năng khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe mild hybrid sẽ không bằng xe full hybrid. Nhưng thực tế thì mild hybrid vẫn giúp tiết kiệm 10 – 15% nhiên liệu. Trong đó, cải thiện khá nhiều là khi xe chạy ở tốc độ thấp (thời điểm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải cao).
Plug-in hybrid
Plug-in hybrid electric vehicle – PHEV (xe lai sạc điện) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong. Tuy nhiên pin của động cơ điện không do động cơ đốt trong nạp đầy, mà được sạc bằng cách kết nối với nguồn điện bên ngoài thông qua phích cắm.
Xe plug-in hybrid hoạt động tương tự như xe full hybrid. Tuy nhiên quãng đường di chuyển của động cơ điện sẽ dài hơn do dung lượng pin lớn hơn. Xe plug-in hybrid có thể hoạt động hoàn toàn bằng điện mà không cần dùng đến động cơ đốt trong. Trong trường hợp hết pin, động cơ đốt trong có thể truyền động như xe full hybrid.
So với các loại xe hybrid khác, xe PHEV có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải tốt hơn. Tuy nhiên, nhiều người sử dụng xe plug-in hybrid không tận dụng tốt ưu thế này. Họ hiếm khi sạc pin mà chỉ dùng xe PHEV như một chiếc xe hơi thông thường. Cách dùng này thực tế sẽ gây tốn kém hơn một chiếc xe ô tô truyền thống. Bởi xe PHEV sẽ nặng hơn (do có hệ thống hybrid) nên sẽ hao nhiên liệu hơn.
Range extender hybrid
Range extender hybrid – REX là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong, nhưng động cơ đốt trong không chịu trách nhiệm truyền động cho các bánh xe mà chỉ dùng để sạc pin cho động cơ điện. Do đó loại xe hybrid này có thể chạy liên tục mà không cần phải dừng lại để sạc điện.
Tuy nhiên nhược điểm của các loại xe Range extender hybrid là việc có thêm động cơ đốt trong khiến xe nặng hơn nên ảnh hưởng đến hiệu suất xe. Đồng thời hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu đem lại cũng không quá ấn tượng.