엔진, 발전기, 전동기가 직렬로 연결되어 있으며, 엔진을 항상 최 적점에서 작동시키면서 발전기를 이용해 전력을 전동기에 공급하고, 순수하게 전동기의 구동력만으로 차를 주행시키는 방식이다. 이러한 방식은 제어가 비교적 간단하고, 배기가스 특성이 우수하며 변속장치가 필요 없다는 장점이 있으나, 전체 시스템의 에너지 효율이 병렬형에 비해 낮고, 차의 주행성능을 모두 만족시킬 수 있는 고성능의 전동기 개발이 필수적이며, 동력전달구조 자체가 크게 바뀌므로 기존 차량에 적용하기는 어려운 단점이 있다.