Bu sistemde tekerleklere iletilen tahrik gücü elektrik motorlarından sağlanmaktadır. Elektrik motoru, hibrid güç ünitesinden veya bataryalardan sağlanan elektriksel gücü mekanik enerjiye dönüştürmektedir. Hibrid güç ünitesi ise bir içten yanmalı motordan ve bu motordan elde edilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren jeneratörden meydana gelmektedir. Yakıt tankında depo edilen kimyasal enerji içten yanmalı motor sayesinde mekanik enerjiye çevrilmektedir. Buradan elde edilen mekanik enerji ise jeneratör sayesinde elektrik enerjisine çevrilmektedir. İhtiyaç durumuna göre motor kontrol ünitesi (Kontrolör) tarafından verilen kararla, depolanmak üzere bataryalara ya da hemen kullanılmak üzere elektrik motoruna iletilmektedir.
Kontrolör, içten yanmalı motor ve jeneratör grubunu kullanarak bataryaları % 60 - % 80 oranında şarjlı tutar. Batarya şarj oranı bu limitin altına düşerse, içten yanmalı motor çalışmaya başlar. Benzer şekilde batarya şarjı bu limitin üstüne çıkarsa, içten yanmalı motor çalışmaz. Bu sistemin bir avantajı da yokuş aşağı gidiş ve frenleme sırasında açığa çıkan enerjinin elektrik motoru tarafından aküleri şarj etmede kullanılabilmesidir (rejeneratif frenleme). Yapı olarak seri hibrid sistem, yakıt pilli aracın sistemine en yakın olanıdır. Yakıt pilli sistemde içten yanmalı motor ve elektrik jeneratörü yerine yakıt pili sistemi, yakıt tankı yerine ise hidrojen depolama sistemi kullanılmıştır. Geleceğin teknolojisi olarak gösterilen bu sistem için seri hibrid sistemler altyapı hazırladıkları için ayrı bir öneme sahiptirler.
Seri hibrid sistemin paralel hibrid sisteme göre en büyük dezavantajı, elektrik üretimi amacıyla kullanılan jeneratörün varlığıdır. Çünkü jeneratör ek ağırlık ve ek maliyet demektir. Ayrıca toplam sistem verimi enerji dönüşümü çok olduğu için düşmektedir. Seri hibridler tümüyle elektrik motoru temeli üzerine tasarlanmıştır. Şehir kullanımında elektrik motoru, enerjisini aküden almaktadır. Otoyoldaysa içten yanmalı motorun çalıştırdığı jeneratör aküyü yeniden şarj etmek ve elektrik motorunu beslemek için elektrik üretmektedir. Sollamalar ya da rampa gibi daha fazla enerjinin gerektiği durumlarda, aküden de enerji gelmektedir. Şehirde olduğu kadar otoyollarda da çevre dostu olan seri hibridlerin aküsü; enerji deposu ve güç destek kaynağı olarak çalışmaktadır. Jeneratörü harekete geçiren içten yanmalı motor ise hemen hemen sabit bir hızla çalıştığından, optimum yakıt tüketimi ve gaz emisyonu değerlerini yakalamak mümkün olmaktadır.
