Procesul termoelectric este conversia directă a căldurii în electricitate și înapoi la încălzirea sau răcirea unui obiect. Materialele termoelectrice pot fi folosite pentru a măsura schimbările de temperatură, pentru a modifica temperatura reală a unui obiect și pentru a genera o sarcină electrică, care poate fi folosită pentru a genera energie. În 2011, materialele termoelectrice erau prea ineficiente pentru a fi utile, dar inginerii auto încearcă să le folosească pentru a aduna energia termică irosită dintr-un vehicul și a o transforma în energie electrică utilizabilă. Cercetătorii încearcă să crească eficiența materialelor termoelectrice pentru a le face mai economice, astfel încât să poată fi folosite pentru a crea frigidere, aparate de aer condiționat și alte dispozitive care necesită răcire cu costuri reduse și mai eficiente.
Procesele termoelectrice apar din cauza efectului Peltier, care este răcirea și încălzirea joncțiunilor opuse din circuitele electrice care conțin semiconductori diferiți. Materialele termoelectrice pot fi folosite pentru a crea dispozitive de răcire sau pentru a asigura refrigerarea. Unul dintre materialele termoelectrice utilizate astăzi este telurura de bismut, un compus scump care poate costa până la 1,000 USD/lb (2,000 USD/kg). Când este pregătit corespunzător, acest material termoelectric produce schimbări fiabile de temperatură oriunde între 14 și 266 de grade F (-10 până la 130 de grade C). Sistemele termoelectrice funcționează fiabil și precis, fără zgomotul sistemelor convenționale de încălzire, răcire și refrigerare și fără clorofluorocarburi (CFC) dăunătoare mediului.
De câțiva ani, Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu (NASA) a valorificat puterea materialelor termoelectrice pentru a alimenta sondele spațiale din cele mai adânci zone ale spațiului, atât de departe de soare încât panourile solare sunt inutile. Procesul implică încorporarea materialului nuclear într-un generator termic cu radioizotop, în care degradarea radiologică produce energie termică care este apoi convertită în electricitate pentru a alimenta sonda. Acesta este același proces pe care inginerii auto încearcă să-l exploateze din căldura de evacuare a motoarelor auto – căldură care poate fi convertită în electricitate pentru a alimenta mașina.
Cercetarea și dezvoltarea materialelor termoelectrice este condusă de Centrul de Cercetare Energy Frontier de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT). Acolo, cercetătorii și oamenii de știință au făcut câteva descoperiri destul de semnificative, cum ar fi cuplarea dezordinelor termice și a structurilor electronice la o temperatură finită. Provocările actuale în acest domeniu sunt identificarea sau sintetizarea materialelor noi, încă nedescoperite, cu capacități termoelectrice mai eficiente. Progresele în acest domeniu pot permite dezvoltarea materialelor care generează electricitate din căldura reziduală, oferind o soluție energetică globală durabilă.