生物制氢的原理是，模拟叶绿素植物的光合作用，并使光合作用仅仅停留在分解水的阶段。美、英、俄等国科学家先后发明了叶绿体制氢装置。在实验室中用1克叶绿素，1小时可产生出1立方分米氢气，并且能量转换率高达75%。
近年来，人们还发现江河湖海里的藻类低等植物，有些也具有以水制氢的能力。如美国科学家加弗隆发现一种蓝绿色的藻类，其光合作用非常特殊，不是像一般植物那样，把二氧化碳转变为氧气，而是通过光和菌的作用把水转变为氢气。迄今，人们已找到了一些具有类似功能的微生物，如小球藻、固氮蓝藻等。
日本通产省自1991年起实施了为期8年的高效制氢的国际研究开发计划，重点是研究制氢的光合细菌和藻类，并发现其生产机理，以便在工业上能够得到利用。