如何讓動力系統更高效？在20世紀80年代時，一些廠商又想到了21世紀初的油電雙動力車概念并開始新的嘗試，讓内燃機和電動機都在各自效率高的區間工作以提升車輛的能量利用效率。
1989年，奧迪推出了AudiDuo概念車，1997年推出的AudiA4DuoIII是奧迪的第一款量産的雙動力車，它的動力由一台1.9升TDI柴油機和一台電動機組成。電池不僅可外接民用交流電插座充電，同時車輛裝備了制動能量回收系統以提升燃料的利用效率，純電動模式下車輛的行駛裡程為50公裡。但是，和20世紀初期的雙動車一樣，AudiA4DuoIII依然結合了兩種動力的缺點，不僅提升了車輛的制造成本，且電動系統在無法發揮正面積極作用時其本身的重量反而會成為車輛行駛的額外累贅，結果它隻生産了100輛後就停産了。
如何讓動力系統高效省油？當然是讓動力系統高工作效率區間擴大，而這是内燃機動力以及傳動系統的短闆，補充進“電”後這個短闆會得到改善。用油的内燃動力車好處是技術成熟、使用方便。電的長處是方便能量相互轉化，不像内燃機不能把動能轉化成汽油，而且電機無怠速，使用更靈活，不會造成額外的能量浪費。進而在油電混動概念上工程師探索出了油電全混動的概念。當然，如果變成産品則面臨更多技術上的障礙。1993年，豐田開始研發串并聯全混動技術車型，定名為G21計劃。
1997年，豐田推出了第一代普銳斯混合動力轎車。它的阿特金斯循環汽油機和雙電機動力傳動組合是完全創新的，動力系統的燃料利用效率遠遠領先普通動力轎車，百公裡綜合油耗隻有4.9升。不過，豐田的混聯式混動技術雖然高效，但在最初的制造成本很高，在上市第一年時它的日本市場零售價格折合1.7萬美元起價，但是一輛車的制造成本就達到了3.2萬美元。這是造一輛賠一輛的節奏，而且消費者能否接受這個新事物是一個未知。
在混合動力開發方面，本田則走了另一條相對穩健的道路，它開發以内燃發動機作為主動力、電動機作為輔助動力的并聯式混動系統，簡稱IMA系統。它主要以内燃發動機驅動行駛，利用電動機具有的在啟動時産生巨大扭矩的特性，在汽車起步、加速等内燃發動機燃料消耗較大時，用電動機輔助驅動來降低内燃機的油耗。這種混合動力的結構比較簡單，隻是在動力系統中增加了電動機和電池組，電動機的功率比較小，在節能效果上不如豐田混聯方式混合動力系統。1999年應用這項技術的Insight轎車正式上市。
在21世紀初的幾年裡，市場上銷售的混合動力車型主要就是豐田普銳斯和本田Insight，豐田和本田成為混合動力汽車技術發展以及推廣的領軍者。21世紀初期的幾年裡世界石油價格的飛漲為混合動力汽車發展提供了絕佳的良機。經過時間的驗證，豐田混合動力車不僅省油而且可靠，綜合使用成本低，從而赢得了更多消費者的信任，技術的成熟也降低了制造成本，再加上高端雷克薩斯混動車的加入，豐田混動車産品形成了系列，其銷售進入了快速增長時期。2007年，對于混動車發展來說它是具有裡意義的一年，豐田銷售的各型号混合動力車已經超過了100萬輛。這意味着混合動力車不再是市場邊緣車型，它已經成為國際汽車市場中的主流車型之一，而1997年普銳斯的上市也被認為是混合動力汽車裡程碑時代的開始。