Ende September 2019 kündigte Toyota-Chef Takeshi Uchiyamada die zweite Generation des Toyota Mirai für 2020 an.

Mit einer längeren Motorhaube wird dem europäischen Geschmack Rechnung getragen.

Zur Vergrößerung der Reichweite wurde der Luftwiderstand gering gehalten. Weiter wurde das Fahrzeug, das auf der Toyota New Global Architecture (TNGA) basiert, auf Heckantrieb mit Motor über der Hinterachse umgestellt. Die Länge wuchs bei einem Radstand von 2,92 m auf 4,97 m; dies geht mit fünf Sitzplätzen einher. Die Produktion begann im November 2020, im März 2021 kam das Fahrzeug in Deutschland zu den Händlern.

Die zweite Generation des Mirai hat drei Tanks aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, die zusammen 5,6 kg Wasserstoff aufnehmen und ein verbessertes Brennstoffzellensystem, das nun im Motorraum platziert ist; die WLTP-Reichweite steigt um 30 Prozent auf rund 650 Kilometer. Der Basispreis sinkt in Deutschland trotzdem um 15.000 Euro auf 63.900 Euro. Damit ist der Mirai nun auch durch den Umweltbonus förderfähig.

Ein Elektromotor mit einer maximalen Leistung von 134 kW (182 PS) bei 6940/min treibt den Wagen an. Die Traktionsbatterie mit einer Nennspannung von 310,8 V und einer Kapazität von 3,99 Ah besteht aus Lithium-Ionen-Akkumulatoren und hat einen Energieinhalt von 1,24 kWh. Das maximale Drehmoment liegt bei 300 Nm. Auf 100 km/h soll die zweite Generation in 9,2 Sekunden beschleunigen, die Höchstgeschwindigkeit gibt Toyota mit 175 km/h an. Das Gewicht ist zu gleichen Teilen auf Vorder- und Hinterachse verteilt, die beide Mehrlenkerkonstruktionen sind.

Im Sommer 2021 wurde der Mirai vom Euro NCAP auf die Fahrzeugsicherheit getestet. Er erhielt fünf von fünf möglichen Sternen.