Termoelektrično hlađenje koristi električnu energiju za stvaranje temperaturne razlike između dvije vrste materijala. Termoelektrični efekt je osnova za termoelektrično hlađenje i koristi se u termoelektričnim hladnjacima, toplinskim pumpama, grijačima i termoelektričnim generatorima. Kada struja prolazi kroz termoelektrični uređaj, toplina se pomiče s jedne njegove strane na drugu. Učinak može ići na dva načina. Može pretvoriti temperaturne razlike u električni napon ili koristiti električnu energiju za stvaranje temperaturnih razlika, što se naziva Peltierov efekt.
Peltierova toplinska pumpa, također nazvana termoelektrična toplinska pumpa, prenosi toplinu s jedne strane jedinice na drugu. On će izvući toplinsku energiju s jedne strane, koja ga hladi, a tu toplinu staviti na drugu stranu, koja je zagrijava. Morate koristiti hladnjak ili će se uređaj previše zagrijati i sam se spržiti. Ovi uređaji mogu ohladiti pivo, zagrijati kavu, pokrenuti mali hladnjak ili pećnicu za zagrijavanje.
Termoelektrični hladnjaci (TEC), ili termoelektrični rashladni sustavi, imaju matricu poluvodičkih kuglica između dvije velike elektrode. Kada je između njih spojen izvor istosmjernog napona, negativno nabijena strana će postati hladnija, a pozitivno nabijena strana toplija. Negativna elektroda će imati kontakt sa svime što se hladi, poput uređaja ili komponente. Pozitivna elektroda spojena je na hladnjak koji će raspršiti energiju.
Termoelektrični sustav hlađenja može se naći u brojnim uređajima. Takvi se uređaji nalaze u računalima za hlađenje mikroprocesora i pojačala. Koriste se u svemirskim letjelicama kako bi se ublažile ekstremne temperaturne fluktuacije između tamne i osunčane strane. Također se mogu naći u prijenosnim hladnjacima koji se koriste u kampiranju, raznim vrstama elektroničke opreme poput digitalnih fotoaparata, te u odvlaživačima zraka.
Termoelektrični generator je, s druge strane, suprotan termoelektričnom hladnjaku, ali još uvijek koristi termoelektrični efekt. U generatoru se temperaturne razlike između dvije strane jedinice koriste za proizvodnju električne energije. Oba su ova uređaja slična po strukturi i korištenim materijalima.
Iako je termoelektrično hlađenje manje učinkovito od hlađenja, ono ima neke jasne prednosti. Ako je potrebno hlađenje u malom opsegu, tada termoelektrično hlađenje može biti jeftinije i praktičnije od hlađenja. Nema nikakve mehaničke pokretne dijelove, prenosiv je, izdržljiv, dugo traje i ne zahtijeva puno održavanja.