Chłodzenie termoelektryczne wykorzystuje energię elektryczną do wytworzenia różnicy temperatur między dwoma rodzajami materiałów. Efekt termoelektryczny jest podstawą chłodzenia termoelektrycznego i jest stosowany w chłodziarkach termoelektrycznych, pompach ciepła, nagrzewnicach i generatorach termoelektrycznych. Kiedy prąd przepływa przez urządzenie termoelektryczne, ciepło jest przenoszone z jednej strony na drugą. Efekt może być dwojaki. Może konwertować różnice temperatur na napięcie elektryczne lub wykorzystywać energię elektryczną do wytwarzania różnic temperatur, co określa się mianem efektu Peltiera.
Pompa ciepła Peltiera, zwana również termoelektryczną pompą ciepła, przenosi ciepło z jednej strony urządzenia na drugą. Z jednej strony wydobędzie energię cieplną, która ją ochłodzi, a z drugiej przekaże to ciepło, która je ogrzeje. Należy użyć radiatora, w przeciwnym razie urządzenie stanie się zbyt gorące i samo się usmaży. Urządzenia te mogą schłodzić piwo, podgrzać kawę, uruchomić małą lodówkę lub podgrzewać piekarnik.
Chłodnice termoelektryczne (TEC) lub termoelektryczne systemy chłodzenia mają matrycę z pastylek półprzewodnikowych między dwiema dużymi elektrodami. Gdy źródło napięcia stałego zostanie podłączone między nimi, strona naładowana ujemnie stanie się chłodniejsza, a strona naładowana dodatnio stanie się gorętsza. Elektroda ujemna będzie miała kontakt z tym, co jest chłodzone, na przykład z urządzeniem lub komponentem. Elektroda dodatnia jest połączona z radiatorem, który rozprasza energię.
W wielu urządzeniach można znaleźć termoelektryczny system chłodzenia. Takie urządzenia znajdują się w komputerach do chłodzenia mikroprocesorów i wzmacniaczy mocy. Są one używane w statkach kosmicznych, aby pomóc w łagodzeniu ekstremalnych wahań temperatury między ciemną stroną a stroną nasłonecznioną. Można je również znaleźć w przenośnych lodówkach używanych na kempingach, różnego rodzaju sprzęcie elektronicznym, takim jak aparaty cyfrowe oraz w osuszaczach.
Z drugiej strony generator termoelektryczny jest przeciwieństwem chłodziarki termoelektrycznej, ale nadal wykorzystuje efekt termoelektryczny. W generatorze do generowania energii elektrycznej wykorzystuje się różnice temperatur między obiema stronami jednostki. Oba te urządzenia są podobne pod względem konstrukcji i użytych materiałów.
Chociaż chłodzenie termoelektryczne jest mniej wydajne niż chłodzenie, ma pewne wyraźne zalety. Jeśli wymagane jest chłodzenie na małą skalę, chłodzenie termoelektryczne może być tańsze i bardziej praktyczne niż chłodzenie. Nie posiada żadnych mechanicznych części ruchomych, jest przenośna, wytrzymała, wytrzymuje długo i nie wymaga dużej konserwacji.