液氮車輛由儲存在罐中的液氮提供動力。傳統的氮氣發動機設計通過在熱交換器中加熱液氮，從環境空氣中提取熱量并使用產生的加壓氣體來操作活塞或旋轉馬達來工作。由液氮驅動的車輛已被證明，但尚未在商業上使用。1902年展示了一種這樣的車輛，液體空氣。液氮推進也可以結合在混合動力系統中，例如電池電力推進和燃料箱以給電池充電。這種系統被稱為混合液氮電推進。此外，再生制動也可以與該系統結合使用。液氮汽車的一個優點是廢氣只是氮氣，它是空氣的一種成分，因此它不會在尾氣排放中產生局部空氣污染。這并不能使其完全無污染，因為首先需要能源來液化氮，但液化過程可以遠離車輛操作，原則上可以由可再生能源或清潔能源提供動力。

液氮由低溫或反向斯特林發動機冷卻器產生，該冷卻器將空氣的主要成分氮(N2)液化。冷卻器可以由電力或通過水力或風力渦輪機的直接機械工作提供動力。液氮被分配并儲存在絕緣容器中。隔熱層減少了流入儲存氮氣的熱量；這是必要的，因為來自周圍環境的熱量會使液體沸騰，然后轉變為氣態。減少流入的熱量可以減少儲存過程中液氮的損失。存儲要求阻止使用管道作為運輸工具。由于長距離管道由于絕緣要求而成本高昂，因此使用遠距離能源生產液氮的成本很高。石油儲量通常距離消耗很遠，但可以在環境溫度下轉移。液氮消耗本質上是反向生產。斯特林發動機或低溫熱機提供了一種為車輛提供動力的方法和一種發電方式。液氮還可作為冰箱、電氣設備和空調裝置的直接冷卻劑。液氮的消耗實際上是沸騰并將氮返回到大氣中。在迪爾曼發動機中，氮氣通過與發動機氣缸內的熱交換流體結合來加熱。2008年，美國專利局授予了一項關于液氮動力渦輪發動機的專利。渦輪機使噴入渦輪機高壓部分的液氮閃蒸膨脹，膨脹的氣體與進入的加壓空氣結合，產生高速氣流，從渦輪機后部噴出。產生的氣流可用于驅動發電機或其他設備。該系統尚未被證明可以為大于1kW的發電機供電，但可能有更高的輸出。

盡管液氮比環境溫度低，但液氮發動機仍然是熱機的一個例子。熱機通過從熱庫和冷庫之間的溫差中提取熱能來運行；在液氮發動機的情況下，熱儲存器是環境（室溫）環境中的空氣，用于使氮氣沸騰。因此，氮氣發動機從空氣的熱能中提取能量，其轉換能量的轉換效率可以使用適用于所有熱機的卡諾效率方程從熱力學定律中計算出來。

儲存液氮的儲罐的設計必須符合適用于壓力容器的安全標準，例如ISO11439。儲罐可由以下材料制成：

• 鋼
• 鋁
• 碳纖維
• 凱夫拉爾
• 其他材料或上述材料的組合。

纖維材料比金屬輕得多，但通常更昂貴。金屬罐可以承受大量的壓力循環，但必須定期檢查腐蝕情況。液氮（LN2）通常在大氣壓下在高達50升的隔熱罐中運輸。這些罐為非加壓罐，無需接受檢查。用于LN2的大型儲罐有時會被加壓至低于25psi，以幫助在使用點轉移液體。

1902年展示了一種由液氮驅動的車輛，即液態空氣。2016年6月，英國倫敦超市J.Sainsbury的食品配送車隊將開始試驗：當車輛靜止且主發動機關閉時，使用Dearman氮氣發動機為食品貨物的冷卻提供動力。目前，送貨卡車大多配備第二臺較小的柴油發動機，以便在主發動機關閉時為冷卻提供動力。

與其他非燃燒儲能技術一樣，液氮汽車將排放源從汽車尾管轉移到中央發電廠。在有無排放源的情況下，可以減少污染物的凈產量。中央發電廠的排放控制措施可能比處理廣泛分散的車輛的排放更有效且成本更低。

液氮汽車在許多方面與電動汽車相當，但使用液氮而不是電池來存儲能量。與其他車輛相比，它們的潛在優勢包括：

• 就像電動汽車一樣，液氮汽車最終將通過電網供電，這使得人們更容易專注于減少單一來源的污染，而不是道路上的數百萬輛汽車。
• 由于從電網中汲取電力，因此不需要運輸燃料。這帶來了顯著的成本效益。燃料運輸過程中產生的污染將被消除。
• 降低維護成本
• 液氮罐可以以比電池更少的污染進行處置或回收。
• 液氮車輛不受與當前電池系統相關的退化問題的限制。
• 與電池充電相比，油箱可能能夠更頻繁地在更短的時間內被重新填充，重新填充燃料的速度可與液體燃料相媲美。
• 它可以作為聯合循環動力系統的一部分與汽油或柴油發動機一起工作，利用其中一個的廢熱在渦輪復合系統中運行另一個。它甚至可以作為混合系統運行。

主要缺點是一次能源的低效利用。能量用于液化氮氣，而氮氣又提供了運行電機的能量。任何能量轉換都有損失。對于液氮汽車來說，電能在氮氣的液化過程中會損失掉。公共加油站沒有液氮；然而，大多數焊接氣體供應商都有分配系統，液氮是液氧生產的豐富副產品。

液氮生產是一個能源密集型過程。目前，生產幾噸/天液氮的實用制冷設備以大約50%的卡諾效率運行。目前，過剩的液氮作為生產液氧的副產品產生。

任何依賴于物質相變的過程將具有比涉及物質中化學反應的過程低得多的能量密度，而后者又比核反應具有更低的能量密度。作為能量儲存器的液氮具有較低的能量密度。相比之下，液態烴燃料具有高能量密度。高能量密度使運輸和存儲的物流更加方便。便利性是消費者接受度的一個重要因素。石油燃料的方便儲存及其低成本已取得了無與倫比的成功。此外，石油燃料是一種主要能源，而不僅僅是一種能量儲存和運輸介質。能量密度——源自氮氣的等壓汽化熱和氣態比熱——理論上可以在大氣壓和27°C環境溫度下由液氮實現，約為每公斤213瓦時(W·h/kg)，而在實際情況下通常只能達到97W·h/kg。相比之下，鋰離子電池為100–250W·h/kg，以28%的熱效率運行的汽油內燃機為3,000W·h/kg，是卡諾效率下使用的液氮密度的14倍。為了使等溫膨脹發動機具有與內燃機相當的范圍，需要一個350升（92美制加侖）的隔熱車載存儲容器。實用的容量，但比典型的50升（13美制加侖）汽油箱顯著增加。添加更復雜的動力循環將減少這一要求并有助于實現無霜運行。然而，目前還沒有將液氮用于車輛推進的商業實踐實例。

與內燃機不同，使用低溫工作流體需要熱交換器來加熱和冷卻工作流體。在潮濕的環境中，結霜會阻止熱流，因此是一項工程挑戰。為了防止結霜，可以使用多種工作流體。這增加了頂部循環，以確保熱交換器不會低于冰點。為了實現無霜運行，將需要額外的熱交換器、重量、復雜性、效率損失和費用。

無論氮燃料箱的隔熱效果如何，都不可避免地會因蒸發到大氣中而造成損失。如果將車??輛存放在通風不良的空間，則存在泄漏氮氣可能會降低空氣中的氧氣濃度并導致窒息的風險。由于氮氣是一種無色無味的氣體，已占空氣的78%，因此很難檢測到這種變化。如果溢出，低溫液體是危險的。液氮會導致凍傷，并使某些材料變得非常脆。由于液氮的溫度低于90.2K，因此大氣中的氧氣會凝結。液氧可以與有機化學物質發生自發的劇烈反應，包括瀝青等石油產品。由于這種物質的液氣膨脹比為1:694，如果液氮迅速汽化，會產生巨大的力。