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Der Toyota Prius Plug-in Hybrid basiert auf der dritten Modellgeneration des Prius und kombiniert als erstes Toyota Modell den leistungsstarken Vollhybridantrieb mit einer Lithium-Ionen-Batterie, die auch an haushaltsübliche Steckdosen aufgeladen werden kann. Dadurch ist das Fahrzeug in der Lage, mit höherer Geschwindigkeit und für längere Distanzen im rein elektrischen Betrieb zu fahren. Bis zu 20 Kilometer können im Stadtverkehr vollkommen emissionsfrei zurückgelegt werden. Derzeit haben die wenigsten Autofahrer bei den heute stadtüblichen Parkplätzen Zugang zu einer Steckdose. Daher wird bei einer zukünftig möglichen Plug-in Serienproduktion, keinesfalls die bewährte Voll-Hybrid Technik ersetzt, sondern als Modellvariante ergänzt werden.

In Europa werden die Fahrzeuge nach aktuellem Stand in Frankreich, Deutschland, Portugal und Großbritannien an Kunden verleast. In den USA wurde kürzlich eine Kooperation mit der Universität in Boulder im Bundesstaat Colorado geschlossen. Weitere Projekte sind derzeit für Kalifornien, New York, Washington D.C., Oregon und Pennsylvania geplant.

Als Energiespeicher im Prius PHV dient die von Toyota und dem Joint-Venture-Partner Panasonic Electric Vehicle Energy (PEVE) entwickelte Lithium-Ionen-Batterie. Anfang November hat die Fertigung der Lithium-Ionen-Batterien im japanischen Werk Teiho begonnen. PEVE ist der weltweit führende Hersteller von Nickel-Metallhydrid-Akkus für den Einsatz in Automobilen. Bislang wurden mehr als 2,1 Millionen Einheiten dieses Typs produziert, die aufgrund ihrer geringen Kosten, der herausragenden Qualität und hohen Zuverlässigkeit für konventionelle Hybridfahrzeuge besonders eignen.

Lithium-Ionen-Batterien erfüllen die Anforderungen vor allem für den Einsatz in reinen Elektrofahrzeugen und damit auch bei Plug-in-Hybriden. Dank ihrer höheren Energiedichte speichern sie mehr "Kilometer Reichweite" pro Kilogramm. Durch die höhere Zellspannung (3,6V statt 1,2V) ergibt sich bei Dauernutzung auch weniger Abwärme.
Allerdings sind die Produktionskosten deutlich höher als bei Nickel-Metallhydrid-Batterien.

Die Lithium-Ionen-Akkus für den Einsatz im Plug-in wurden drei Jahre lang in großangelegten Feldversuchen in Nordamerika, Japan und Europa getestet. Diese Tests bestätigten die Zuverlässigkeit und lassen erwarten, dass die Dauerhaltbarkeit dieses Batterietyps künftig ähnlich hoch sein wird wie heute bereits die NiMH Technik.