如何让动力系统更高效？在20世纪80年代时，一些厂商又想到了21世纪初的油电双动力车概念并开始新的尝试，让内燃机和电动机都在各自效率高的区间工作以提升车辆的能量利用效率。
1989年，奥迪推出了AudiDuo概念车，1997年推出的AudiA4DuoIII是奥迪的第一款量产的双动力车，它的动力由一台1.9升TDI柴油机和一台电动机组成。电池不仅可外接民用交流电插座充电，同时车辆装备了制动能量回收系统以提升燃料的利用效率，纯电动模式下车辆的行驶里程为50公里。但是，和20世纪初期的双动车一样，AudiA4DuoIII依然结合了两种动力的缺点，不仅提升了车辆的制造成本，且电动系统在无法发挥正面积极作用时其本身的重量反而会成为车辆行驶的额外累赘，结果它只生产了100辆后就停产了。
如何让动力系统高效省油？当然是让动力系统高工作效率区间扩大，而这是内燃机动力以及传动系统的短板，补充进“电”后这个短板会得到改善。用油的内燃动力车好处是技术成熟、使用方便。电的长处是方便能量相互转化，不像内燃机不能把动能转化成汽油，而且电机无怠速，使用更灵活，不会造成额外的能量浪费。进而在油电混动概念上工程师探索出了油电全混动的概念。当然，如果变成产品则面临更多技术上的障碍。1993年，丰田开始研发串并联全混动技术车型，定名为G21计划。
1997年，丰田推出了第一代普锐斯混合动力轿车。它的阿特金斯循环汽油机和双电机动力传动组合是完全创新的，动力系统的燃料利用效率远远领先普通动力轿车，百公里综合油耗只有4.9升。不过，丰田的混联式混动技术虽然高效，但在最初的制造成本很高，在上市第一年时它的日本市场零售价格折合1.7万美元起价，但是一辆车的制造成本就达到了3.2万美元。这是造一辆赔一辆的节奏，而且消费者能否接受这个新事物是一个未知。
在混合动力开发方面，本田则走了另一条相对稳健的道路，它开发以内燃发动机作为主动力、电动机作为辅助动力的并联式混动系统，简称IMA系统。它主要以内燃发动机驱动行驶，利用电动机具有的在启动时产生巨大扭矩的特性，在汽车起步、加速等内燃发动机燃料消耗较大时，用电动机辅助驱动来降低内燃机的油耗。这种混合动力的结构比较简单，只是在动力系统中增加了电动机和电池组，电动机的功率比较小，在节能效果上不如丰田混联方式混合动力系统。1999年应用这项技术的Insight轿车正式上市。
在21世纪初的几年里，市场上销售的混合动力车型主要就是丰田普锐斯和本田Insight，丰田和本田成为混合动力汽车技术发展以及推广的领军者。21世纪初期的几年里世界石油价格的飞涨为混合动力汽车发展提供了绝佳的良机。经过时间的验证，丰田混合动力车不仅省油而且可靠，综合使用成本低，从而赢得了更多消费者的信任，技术的成熟也降低了制造成本，再加上高端雷克萨斯混动车的加入，丰田混动车产品形成了系列，其销售进入了快速增长时期。2007年，对于混动车发展来说它是具有里意义的一年，丰田销售的各型号混合动力车已经超过了100万辆。这意味着混合动力车不再是市场边缘车型，它已经成为国际汽车市场中的主流车型之一，而1997年普锐斯的上市也被认为是混合动力汽车里程碑时代的开始。