सीरीज या धारावाहिक-हाइब्रिड को एक विस्तारित रेंज इलेक्ट्रिक वाहन (REEV) के रूप में संदर्भित किया जाता है। हालांकि सीमा विस्तार किसी भी सीरीज या समानांतर हाइब्रिड लेआउट के जरिये पूरा किया जा सकता है। धारावाहिक-हाइब्रिड के निकट भविष्य में आशाजनक और हाइब्रिड वाहनों के सबसे आम रूप होने की संभावना है।

धारावाहिक-हाइब्रिड वाहनों को केवल विद्युत मोटर द्वारा ही संचालित किया जा सकता है। पिस्टन आंतरिक दहन इंजन के विपरीत, विद्युत के मोटरों में असाधारण उच्च शक्ति/वजन अनुपात होता है, जिससे एक व्यापक गति सीमा के लिए पर्याप्त शक्ति मिलती है। दहन इंजन के विपरीत वाहन में लगे विद्युत के मोटरों में इंजन और पहियों के बीच संचरण बल अनुपात की आवश्यकता नहीं होती. ट्रांसमिशन ही इंजन से वजन, बल्क और सैप को जोड़ता है। मैकेनिकल स्वचालित बदलने वाले प्रसारण बहुत जटिल हो सकते हैं। एक सीरीज हाइब्रिड प्रणाली में दहन इंजन सीधे पहियों को चलाने के बदले एक इलेक्ट्रिक जेनरेटर को चलाता है। जेनरेटर विद्युत की मोटरों को चलाने के लिए शक्ति प्रदान करता है। संक्षेप में, एक सीरीज हाइब्रिड सरल होता है, वाहनों को एक जेनरेटर सेट के साथ विद्युत के मोटर चलाते हैं, जो उसे विद्युत उपलब्ध कराती है।

यह व्यवस्था डीजल-विद्युत लोकोमोटिव और जहाजों के लिए नई नहीं है। फर्डिनांड पॉर्श ने 20 वीं सदी के प्रारंभ में रेसिंग कारों में इसे स्थापित किया था और सीरीज हाइब्रिड व्यवस्था की प्रभावी खोज की थी। पॉर्श ने इस प्रणाली का नाम सिस्टम मिक्स्ट रखा। इसमें एक पहिया हब मोटर व्यवस्था होती है, 
जिसमें गति को रिकार्ड करने के लिए आगे के दो पहियों में एक-एक मोटर लगा होता है। इस व्यवस्था को कभी-कभी एक "विद्युत संचरण" (ट्रांसमिशन) के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि विद्युत जेनरेटर और ड्राइविंग मोटर एक यांत्रिक संचरण की जगह लेते हैं। वाहन तब तक नहीं चल सकता, जब तक कि आंतरिक दहन इंजन नहीं चल रहा हो।

कारों के उत्पादन के लिए यह ढांचा उपयुक्त साबित नहीं हुआ, क्योंकि यह इलेक्ट्रिक ड्राइविंग मोटर्स का जेनरेटर सेट शक्ति के साथ तालमेल (सिंक्रनाइज़) करने में असमर्थ रहा, जिससे ईंधन की ज्यादा खपत देखी गई। कंप्यूटर इंजन प्रबंधन प्रणालियों के साथ प्रौद्योगिकी समुन्नत हुई, जिससे जेनरेटर सेट इलेक्ट्रिक खिंचाव के लिए लगने वाली शक्ति प्रदान करने में सक्षम हुए. साल-दर- साल बिजली के मोटर काफी छोटे, हल्के और कुशल होते गये। इस प्रगति से परंपरागत आंतरिक दहन इंजन और यांत्रिक स्वचालित संचरण की तुलना में सामान्य संचालन स्थितियों में "विद्युत ट्रांसमिशन" के लिए ज्यादा लाभ हुआ। एक फायदा यह हुआ कि सवारी काफी आरामदेह हुई, क्योंकि गियर अनुपात में परिवर्तन का प्रावधान नहीं था।

यांत्रिक संचरण की जगह "विद्युत संचरण" वर्तमान में व्यवहार्य है। हालांकि, आधुनिक सीरीज के हाइब्रिड वाहन विद्युत पारेषण को 
एक अधिक ऊचाई तक ले जाते हैं, जिससे इनका महत्व और बढ़ जाता है। एक विद्युत पारेषण में अंतर है। आधुनिक सीरीज हाइब्रिड में शामिल है:

विद्युत से चलने वाले मोटर एक बड़ी बैटरी या आंतरिक दहन इंजन, या दोनों से चालू जेनरेटर के माध्यम से मिली बिजली से ही पूरी तरह चल सकते हैं। बैटरी बैंक को मुख्यत: बिजली द्वारा चार्ज किया जा सकता है, जिससे परिचालन लागत कम होती है, क्योंकि विद्युत मोटर्स के तहत चलने वाली सीमा विस्तारित होती है। यह वाहन डीजल-इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव एक बड़े बैटरी बैंक के साथ अवधारणात्मक रूप से समान होता है, जो आंतरिक दहन इंजन के चले बिना वाहन को शक्ति प्रदान कर सकता है। जेनरेटर एक साथ बैटरी बैंक को चार्ज कर सकता है और विद्युत ड्राइविंग विद्युत मोटर को शक्ति प्रदान करता है, जिससे वाहन चलता है। बैटरी बैंक एक ऊर्जा कोष के रूप में काम करता है। एक फायदा यह है कि जब वाहन बंद कर दिया जाता है तो दहन इंजन भी बंद हो जाता है। जब वाहन चलता है तो यह बैटरी की ऊर्जा का उपयोग करता है। यह शहरों और कस्बों में कर्बसाइड उत्सर्जन बहुत कम करता है। ट्रैफिक लाइट पर खड़े वाहन, या धीमी गति से शुरू व बंद यातायात के दौरान प्रदूषण नहीं फैलाते हैं और इस प्रक्रिया में ईंधन की बचत होती है।

कुछ व्यवस्थाओं में, जहां शक्ति के उच्च स्तर की जरूरत होती है, जैसे वाहन त्वरण में, विद्युत का मोटर बैटरी और जेनरेटर दोनों से विद्युत खींचता है। चेवी वाल्ट के साथ अगर बैटरी बैंक की क्षमता कम हो जाती है तो वाहन पूरी तरह जेनरेटर से प्रदान की हुई विद्युत के साथ चला सकते हैं। कुछ प्रोटोटाइप वाहन डिजाइन, जैसे वोल्वो रिचार्ज और फोर्ड F सीरीज का पिक-अप में ह्वील हब में विद्युत के मोटर्स होते हैं, जिससे वजन, शक्ति और बिजली बचाने का अंतर उसी अंतराल से बिजली प्रदान करना संभव होता है। सीरीज हाइब्रिड प्रणाली एक सुपरकैपासिटर्स या फ्लाईह्वील से लैस हो सकते हैं, जो पुनर्योजी ब्रेकिंग ऊर्जा का संरक्षण करते हैं और जिससे ऊर्जा को वापस खींचने की क्षमता बढ़ सकती है, नहीं तो ब्रेकिंग प्रणाली के दौरान गर्मी के रूप में बाहर निकलकर नष्ट हो सकती है।

चूंकि एक सीरीज हाइब्रिड दहन इंजन और पहियों के बीच की एक यांत्रिक कड़ी को हटा देती है, इंजन को एक निरंतर और कुशल तरीके से चलाया जा सकता है। वाहन की गति और इंजन की गति के बीच तालमेल (सिंक्रनाइज़ेशन) जरूरी नहीं हैं। इस तरह इंजन 37 प्रतिशत की एक सैद्धांतिक दक्षता सीमा के करीब होता है, जबकि वर्तमान औसत 20% होता है। कम या मिश्रित गति में यह समग्रता में (19% बनाम 29%) 50% तक की वृद्धि पा सकता है। हालांकि जनरल मोटर्स ने चेवी वोल्ट इंजन/जेनरेटर सेट की डिजाइन प्रति मिनट 1200 से 4000 रिवोल्युशन के बीच चलाने की क्षमता के रूप में की है। लोटस (Lotus) कंपनी ने एक इंजन/ जेनरेटर सेट की डिजाइन शुरू की है, जो दो गति से चलता है और उसमें लगे बिजली के जेनरेटर के जरिये 1500 rpm को 15 किलोवॉट बिजली और 3500 rpm पर 35 किलोवॉट बिजली प्रदान करता है।

हालांकि इंजन के लिए आवश्यकताएं वाहन की गति से सीधी जुड़ी नहीं हैं, जिससे माइक्रो टर्बाइन, रोटरी एटकिंग्सन साइकिल इंजन या एक लाइनर दहन इंजन जैसे अधिक कुशल या वैकल्पिक इंजन डिजाइन की गुंजाइश पैदा होती है।

ऑपरेशन के भी कई चरण हैं: दहन इंजन विद्युत लेकर जेनरेटर को देता है और तब विद्युत के मोटर को और डिजाइन के आधार यह जेनरेटर के माध्यम से और बैटरी पैक से और तब विद्युत के मोटर से चलता है, जिससे दक्षता कम हो जाती है। (देखें - दृष्टान्त). प्रत्येक चरण के परिणामों के माध्यम से प्रत्येक परिवर्तन से ऊर्जा का नुकसान होता है। हालांकि वाहन के सामान्य ऑपरेटिंग स्थितियों में बैटरी बैंक की जमा की हुई बिजली, जो ब्रेकिंग और दहन इंजन के कम से कम उपयोग से मिली बिजली को संरक्षित करती है, से प्रत्येक स्तर पर ऊर्जा के नुकसान होने के बावजूद समग्र परिचालन की कुशलता बढ़ सकती है। एक यांत्रिक स्वत: स्थानांतरण संचरण दक्षता से जुड़े इंजन की दक्षता लगभग 70-80% होती है। एक परंपरागत यांत्रिक क्लच संचरण में इंजन की संचरण क्षमता कोई 98% होती है। एक सीरीज हाइब्रिड वाहन में, लंबी दूरी की उच्च गति वाली राजमार्ग ड्राइविंग के दौरान दहन इंजन को सबसे ज्यादा ऊर्जा की आपूर्ति की जरूरत होती है और इस मामले में एक सीरीज हाइब्रिड समानांतर हाइब्रिड से 20-30% कम कुशल हो सकता है।

एक पहिये को सीधे चलाने के लिए मोटर ड्राइविंग से पारंपरिक यांत्रिक प्रसारण तत्वों: गियर बॉक्स, पारेषण शाफ्ट और डिफरेंशियल से अलग हो जाता है और कभी-कभी लचीले कपलिंग्स से भी मुक्त हो जाता है। इससे एक बड़ी सरलता हासिल होती है। अगर मोटर्स पहियों के साथ एकीकृत किये गये हों तो यह नुकसान है कि बिना स्प्रिंग वाला मास बढ़ जाता है और सस्पेंशन के दौरान जवाबदेही कम हो जाती है, जो सवारी के प्रदर्शन और संभावित सुरक्षा पर असर डालती है। हालांकि प्रभाव कम से कम हो सकता है, अगर ह्वील हब में इलेक्ट्रिक मोटर्स, जैसे हाई-पा ड्राइव (Hi-Pa Driv) छोटा और हल्का हो और उम्मीद से ज्यादा उच्च शक्ति/वजन अनुपात का हो। ब्रेक लगाने की प्रणाली वाहन के पहिया मोटर्स ब्रेक जैसा हल्का किया जा सकता है। पहिया एसेंबली स्प्रिंगरहित मास को कम करने के लिए एल्यूमीनियम के हल्के पहियों का इस्तेमाल किया जा सकता है। वाहन की डिजाइन ऐसी हो कि भारी मैकेनिकल्स और फ्लोर स्तर पर बैटरी बैंकों का गुरुत्वाकर्षण केन्द्र कम हो। यदि मोटर्स वाहन के बॉडी से संलग्न किये जाते हैं तो फिर भी लचीले कपलिंग्स की आवश्यकता होती है। सरलीकृत कर्षण नियंत्रण और ऑल ह्वील ड्राइव सहित व्यक्तिगत ह्वील मोटर्स का लाभ यह है कि यदि आवश्यक हो तो इसे निचले फर्श में लगाना चाहिए, जो बसों के लिए उपयोगी है। कुछ 8x8 ऑल ह्वील ड्राइव सैन्य वाहन मोटर्स पहिया का उपयोग व्यक्तिगत ह्वील मोटर्स का उपयोग करते हैं। डीजल-विद्युत लोकोमोटिव में पिछले 60 वर्षों से इसी अवधारणा का इस्तेमाल किया जा रहा है।

सड़क पर चलने वाले एक एक सामान्य वाहन में पूरी सीरीज हाइब्रिड विद्युत पारेषण सेटअप पारंपरिक यांत्रिक शक्ति संचरण सेट-अप की तुलना में छोटे और हल्के हो सकते हैं, जिससे जगह भी कम लगती है और वजन भी कम होता है। चूंकि दहन जेनरेटर सेट को विद्युत की मोटरों को चलाने के लिए केबल की जरूरत होती है, पूरे वाहन में फैले बड़े उपकरण लेआउट से अधिक लचीलापन हासिल होता है, जिससे वजन का बेहतर वितरण या वाहन की केबिन में अधिक जगह मिलती है। इस लचीलेपन से वाहन की बेहतर डिजाइन करने में मदद मिलती है।

1997 में टोयोटा (Toyota) की ओर से जारी की गयी पहली सीरीज हाइब्रिड बस जापान में बेची गई। इस बीच, GM को 2011 में चेवी वोल्ट शुरू करने की उम्मीद है, जो ऑल इलेक्ट्रिक और 40 मील रेंज वाली और कीमत 40,000 डॉलर कीमतवाली होगी। सुपरकैपासिटर्स एक लिथियम आयन बैटरी बैंक के साथ संयुक्त किये हुए होते है, AFS ट्रिनिटि, जो एक परिवर्तित सैटर्न व्यू SUV वाहन है, द्वारा उपयोग की जाती है। उनका दावा है कि सुपरकैपासिटर्स के उपयोग से एक सीरीज हाइब्रिड-व्यवस्था में 150 mpg तक हासिल किया जा सकता है।

सैन्य ऑफ रोड वाहन
तरल शक्ति हाइब्रिड
जहाज़ के बाहर लगातार चार्ज होने वाला इलेक्ट्रिक वाहन (COREV)
सीरीज-हाइब्रिड