זרימת התהליך של תחנת תדלוק מימן כוללת בעיקר את השלבים הבאים:
הובלה ואחסון מימן: מימן מועבר בדרך כלל מיחידות ייצור מימן לתחנות תדלוק מימן באמצעות נגררים לצינורות ארוכים כמימן דחוס של 20MPa. בתחנת תדלוק המימן, מימן נפרק לתוך מיכלי אחסון מימן בלחץ גבוה-.
הגדלת מימן: כאשר יש צורך לתדלק את הרכב, המימן במיכל אחסון המימן ממולא בבקבוק אחסון המימן-של הרכב של תאי הדלק דרך מכונת תדלוק המימן. רמת הלחץ התכנונית המקסימלית של תחנת תדלוק המימן צריכה להתאים לרמת הלחץ של אחסון המימן-על הלוח של רכב התדלוק, כגון 35MPa או 70MPa.
בחירת ציוד: ציוד הליבה של תחנת תדלוק המימן כולל מדחסים, מתקני אחסון מימן קבועים ומכונות תדלוק מימן. המדחס אחראי להגברת המימן, מתקן אחסון המימן הקבוע משמש לאחסון מימן, ומכונת תדלוק המימן משמשת לתדלוק הרכב. בנוסף, תחנת תדלוק המימן כוללת גם ציוד עזר כמו מערכות בקרה, מכשירי טיהור חנקן ומכשירי ניטור.
הבדלים בזרימת התהליך בין סוגים שונים של תחנות תדלוק מימן:
תחנת אספקת מימן חיצונית: סוג זה של תחנת תדלוק מימן מסתמך על מימן שסופק מבחוץ, המועבר בעיקר באמצעות נגררים ארוכים-לצינורות. התהליך כולל הובלת מימן, אחסון ולחץ, ולבסוף הידרוגנציה של כלי רכב באמצעות מכונות תדלוק מימן.
ב-תחנה לייצור מימן: סוג זה של תחנת תדלוק מימן מצוידת בציוד לייצור מימן בפנים. המימן שנוצר מאוחסן לאחר קירור ודחיסה, ולאחר מכן מתבצעת הידרוגנציה של כלי רכב באמצעות מכונות תדלוק מימן. התהליך כולל ייצור מימן, קירור, דחיסה ואחסון, ולבסוף הידרוגנציה של כלי רכב באמצעות מכונות תדלוק מימן.
