כלי רכב היברידיים בנזין-חשמליים משתמשים בטכנולוגיה היברידית של דלק (בנזין) ואנרגיה חשמלית. עם מנוע חשמלי הפועל ככוח עזר למנוע, כלי רכב כאלה חסכוניים יותר באנרגיה.
עקרון העבודה שלו מבוסס על ההשלמה של המנוע והגנרטור. כאשר המנוע במצב העבודה הטוב ביותר, המנוע מניע את המכונית; כאשר המנוע אינו במצב עבודה אופטימלי, הגנרטור מתחיל לסייע בעבודה על מנת לשמור את המנוע במצב עבודה אופטימלי ולהשיג את צריכת הדלק הנמוכה ביותר.
בהשוואה לרכבי דלק טהור, רכבים היברידיים בנזין-חשמליים יכולים להסתגל טוב יותר לתנאי נהיגה שונים, מכיוון שמהירות המנוע תשתנה עם החלפת ההילוך והמהירות, וכלי רכב היברידיים-חשמליים בנזין יכולים לשמור על תנאי העבודה הטובים ביותר בשינויים אלו.
לאחר הגעה למצב עבודה אופטימלי, המכונית הופכת אוטומטית לרכב מונע במנוע. בשאר הזמן, הוא מונע על ידי גנרטור. גישה שיתופית זו מפחיתה את צריכת הדלק ומשפרת את יעילות הנהיגה הכוללת.
על פי המבנה השונה, ניתן לחלק רכבים היברידיים בנזין-חשמליים לשלוש קטגוריות היברידיות, מקבילות והיברידיות היברידיות. סוגים שונים אלו שונים מעט בעיצוב ובשימוש, אך המכנה המשותף הוא שכולם משפרים את יעילות האנרגיה.
יש לציין כי רכבים היברידיים בנזין-חשמליים אינם רכבי אנרגיה חדשים, אלא נחשבים לכלי רכב חוסכי אנרגיה. לכן, עדיין יש להם לוגו כחול כדי להבדיל אותם מרכבי אנרגיה חדשים.