Der Verbrennungsmotor kann beim Hybridantrieb häufiger und länger in einem günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden. Anfallende überschüssige Energie wird über einen Generator für die Akkuladung verwendet. Beim Beschleunigen arbeiten Verbrennungs- und Elektromotor gemeinsam. Bei gleicher Beschleunigung kann also ein kleinerer Verbrennungsmotor verwendet werden (Downsizing). Beim Bremsen und im Schubbetrieb wird ein Teil der Bremsenergie in den Akkumulator zurückgeführt (Nutzbremse).
Insbesondere im Stadtverkehr und beim bergabwärtigen Fahren trägt die Rückgewinnung zur Verbrauchsverminderung bei. Wird keine oder wenig Antriebsleistung benötigt, schaltet der Verbrennungsmotor ab ganz ab. Dies geschieht im Schubbetrieb, bei Stillstand oder bei Langsamfahren (Einparken) mit geladenem Akku. Auf einen separaten Anlasser kann verzichtet werden, weil der Elektromotor die Funktion übernimmt.
Ein Verbrennungsmotor liefert in einem bestimmten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment. Der Elektromotor dagegen stellt schon beim Anfahren das maximale Drehmoment zur Verfügung und lässt erst bei höherer Drehzahl im Drehmoment nach. Durch Kombination der beiden Motoren kann das Fahrzeug um etwa 10-20 Prozent schneller beschleunigen (elektrisches Boosten). Die Fahrzeuge haben aufgrund des leistungsärmeren Verbrennungsmotors häufig eine etwas geringere Höchstgeschwindigkeit. Dieser Fahrzustand (schnelle Autobahnfahrt) ist die einzige Situation, bei der über lange Zeit eine hohe Motorleistung benötigt wird, die nur vom Verbrennungsmotor bereitgestellt werden kann. In dieser Betriebsphase funktionieren die Hybrid-Mechanismen nicht mit der gleichen Wirksamkeit wie zum Beispiel im Stadtverkehr. Die führen aber auch hier aufgrund des Streckenprofils zu Verbrauchseinsparungen. Das Beschleunigungsverhalten, für das beide Motoren verantwortlich sind, ist davon nicht betroffen.
Der Hybridantrieb ermöglicht es, den Verbrennungsmotor unter wesentlich verbrauchsgünstigeren Bedingungen zu betreiben (zum Beispiel in optimalen Drehzahlbereichen), weil der Elektromotor die für den Verbrennungsmotor ungünstigen Betriebsbereiche abfedern kann. Der Verbrennungsmotor kann speziell auf diese Bedingungen optimiert werden, ohne dass dabei die Eignung als dauerhaft alleiniger Fahrzeugantrieb gewährleistet bleiben müsste.
So betreibt Toyota den Verbrennungsmotor im Atkinson-Zyklus, Honda realisiert eine Zylinderabschaltung und betreibt den Motor auch in Arbeitsbereichen, die ohne elektromotorische Unterstützung zu unkomfortablem Motorlauf oder Ausgehen des Motors führen würden, was durch den Einsatz des direkt auf der Kurbelwelle sitzenden Elektromotors als aktive Schwungscheibe ermöglicht wird.