在串联型系统中，发动机带动发电机发电，将电能输送到电动机来驱动汽车。
发动机功率是汽车在某一速度下稳定运行工况的所需功率来选定的，当汽车运行工况发生变化，电动机所需的驱动功率与发动机输出功率不同时，由控制器发出指令控制发电机向电池充电以吸收多余的能量，或控制电池放电以协助发电机供电，其充/放电流的大小由控制器根据电机驱动功率的变化进行确定。
串联式混合动力汽车的优点是结构简单，发动机与电机总成与传动系无机械连接，布置灵活，可以去掉离合器和变速器，使结构简化，且发动机受工况的影响较小，可以控制在高效率区工作，使得汽车油耗和排放降低，特别适用于城市的低速运行工况。在城市中，汽车起步和低速运行可以关闭发动机，用电池进行能量的输出驱动，从而达到零排放。
但串联方式由于能量变换、传输环节多，发动机输出的机械能要转换为电能再转变为可以驱动汽车行驶的机械能，在此过程中能量转换和电池充放电的效率较低，使得燃油的能量的利用率也较低。除此之外，发动机、发电机和主电机需要配备较大的后备功率以满足动力性的需求。
在并联型系统中，采用了发动机与电机两套独立的系统，发动机与电机动力通过耦合机构相连，汽车可由发动机和电动机共同提供动力驱动，或单独各自驱动。发动机可通过机械传动机构直接驱动汽车，效率较高。允许发动机和电动机并行驱动车轮，发动机为主动力，电动机作为辅助动力，当车辆需求功率大时，由电动机协助发动机驱动车辆。
由于可以进行功率叠加，可以配备较小功率的发动机与电动机，其结构也较简单，缺点是发动机受工况的影响较大，不易稳定的控制在高效率区工作。并联式混合动力汽车适合于城市公路和高速公路的稳定行驶工况。在混联式系统中，其综合了串联式与并联式系统的结构特点，发动机功率一部分通过机械传动装置输送到驱动桥，另一部分则直接驱动发电机发电。
混联式系统发挥了串联式和并联式的优点，使发动机、发电机、电动机实现优化匹配，结构上保证了其在更复杂的工况下使系统工作在最优状态，更容易实现对排放和油耗进行控制。
其主要策略是：在汽车低速时，以串连方式工作；当汽车以高速稳定行驶时，以并联方式工作。此结构能较好的满足汽车的各项性能要求，但控制和结构复杂，要求较高。根据发动机和电机的功率比的不同，可将混合动力汽车分为里程延长型、动力辅助型和双模式型，或者为轻度混合型、功率混合型和能量混合型。