Termoelektrični proces je izravna pretvorba topline u električnu energiju i natrag u zagrijavanju ili hlađenju objekta. Termoelektrični materijali mogu se koristiti za mjerenje temperaturnih promjena, promjenu stvarne temperature objekta i generiranje električnog naboja koji se može koristiti za generiranje energije. Godine 2011. termoelektrični materijali su previše neučinkoviti da bi bili korisni, ali automobilski inženjeri pokušavaju ih koristiti za prikupljanje izgubljene toplinske energije iz vozila i pretvaranje u upotrebljivu električnu energiju. Istraživači pokušavaju povećati učinkovitost termoelektričnih materijala kako bi ih učinili ekonomičnijima kako bi se mogli koristiti za stvaranje jeftinijih i učinkovitijih hladnjaka, klima uređaja i drugih uređaja koji zahtijevaju hlađenje.
Termoelektrični procesi nastaju zbog Peltierovog efekta, koji je hlađenje i zagrijavanje suprotnih spojeva u električnim krugovima koji sadrže različite poluvodiče. Termoelektrični materijali mogu se koristiti za izradu rashladnih uređaja ili za osiguravanje hlađenja. Jedan od uobičajenih termoelektričnih materijala koji se danas koristi je bizmut telurid, skupi spoj koji može koštati čak 1,000 američkih dolara (USD)/lb (2,000 USD/kg). Kada je pravilno pripremljen, ovaj termoelektrični materijal proizvodi pouzdane promjene temperature bilo gdje između 14 do 266 stupnjeva F (-10 do 130 stupnjeva C). Termoelektrični sustavi rade pouzdano i precizno bez buke uobičajenih sustava grijanja, hlađenja i hlađenja i bez klorofluorougljikovodika štetnih za okoliš (CFC).
Već nekoliko godina Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir (NASA) iskorištava snagu termoelektričnih materijala za napajanje svemirskih sondi u najdubljim dijelovima svemira, toliko daleko od sunca da su solarni paneli beskorisni. Proces uključuje ugradnju nuklearnog materijala u radioizotopni termalni generator, u kojem radiološki raspad proizvodi toplinsku energiju koja se zatim pretvara u električnu energiju za napajanje sonde. To je isti proces koji automobilski inženjeri pokušavaju iskoristiti iz ispušne topline motora automobila – topline koja se može pretvoriti u električnu energiju za pogon automobila.
Istraživanje i razvoj termoelektričnih materijala provodi Istraživački centar Energy Frontier na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Tamo su istraživači i znanstvenici napravili neka prilično značajna otkrića, kao što je spajanje toplinskog poremećaja i elektroničkih struktura na konačnoj temperaturi. Trenutni izazovi u ovom području su identificiranje ili sintetiziranje novih, još neotkrivenih, materijala s učinkovitijim termoelektričnim sposobnostima. Napredak u ovom području može omogućiti razvoj materijala koji proizvode električnu energiju iz otpadne topline, pružajući održivo globalno energetsko rješenje.