System odzysku energii podczas hamowania, tzw. rekuperacja, to jedno z najważniejszych ogniw nowoczesnych napędów hybrydowych. Główną ideą jest zamiana energii kinetycznej pojazdu, która podczas hamowania normalnie zamieniana byłaby w ciepło (i bezpowrotnie tracona), na energię elektryczną magazynowaną ponownie w baterii trakcyjnej. Proces ten opiera się na wykorzystaniu silnika elektrycznego hybrydy, który podczas wytracania prędkości pełni rolę generatora – wirnik silnika obraca się napędzany kołami poprzez przekładnię, generując prąd. Energia ta przesyłana jest przez inwerter (przetwornica mocy) do baterii trakcyjnej, gdzie jest magazynowana i gotowa do późniejszego użycia podczas przyspieszania lub jazdy w trybie elektrycznym. Nowoczesne układy rekuperacji są sterowane elektronicznie – komputer pokładowy zarządza zarówno załączaniem odzysku energii (decyduje, kiedy maksymalizować hamowanie silnikiem, a kiedy korzystać z hamulców ciernych), jak i optymalizuje rozdział siły hamowania pomiędzy układ tradycyjny a system odzysku. W praktyce znaczy to, że podczas lekkiego hamowania pedałem gazu, układ w pierwszej kolejności wykorzystuje hamowanie regeneracyjne, a dopiero przy mocniejszym naciśnięciu uruchamia tradycyjne hamulce. Rekuperacja wpływa nie tylko na wydłużenie zasięgu jazdy na prądzie, ale także na zmniejszenie zużycia okładzin i tarcz hamulcowych, ponieważ system często ogranicza konieczność mechanicznego hamowania. W hybrydach zaawansowanych (Toyota, Lexus, Honda, Hyundai) efektywność odzysku sięga 30-40% energii traconej na hamowanie, a możliwość obserwacji procesu (np. na wyświetlaczu energii) pozwala kierowcy dostosować styl jazdy dla maksymalnych oszczędności. Wyjątkowo istotne jest, aby cały układ regeneracji (silnik, inwerter, akumulator) był w nienagannym stanie technicznym – jakiekolwiek uszkodzenia ograniczają możliwość odzysku i przekładają się na wyższe koszty eksploatacji.
