Termoelektrično hlajenje uporablja električno energijo za ustvarjanje temperaturne razlike med dvema vrstama materiala. Termoelektrični učinek je osnova za termoelektrično hlajenje in se uporablja v termoelektričnih hladilnikih, toplotnih črpalkah, grelnikih in termoelektričnih generatorjih. Ko tok teče skozi termoelektrično napravo, se toplota premakne z ene strani na drugo. Učinek je lahko na dva načina. Lahko pretvori temperaturne razlike v električno napetost ali uporabi električno energijo za ustvarjanje temperaturnih razlik, kar imenujemo Peltierjev učinek.
Peltierjeva toplotna črpalka, imenovana tudi termoelektrična toplotna črpalka, prenaša toploto z ene strani enote na drugo. Na eni strani bo črpal toplotno energijo, ki jo hladi, in to toploto dal na drugo stran, ki jo segreva. Uporabiti je treba hladilno telo, sicer se bo naprava pregrela in se ocvrla. Te naprave lahko ohladijo pivo, segrejejo kavo, poganjajo majhen hladilnik ali poganjajo pečico za segrevanje.
Termoelektrični hladilniki (TEC) ali termoelektrični hladilni sistemi imajo matrico polprevodniških peletov med dvema velikima elektrodama. Ko je med njimi povezan vir enosmerne napetosti, bo negativno nabita stran postala hladnejša, pozitivno nabita pa toplejša. Negativna elektroda bo imela stik s tem, kar se hladi, kot je naprava ali komponenta. Pozitivna elektroda je povezana s hladilnikom, ki bo razpršil energijo.
Termoelektrični hladilni sistem je mogoče najti v številnih napravah. Takšne naprave najdemo v računalnikih za hlajenje mikroprocesorjev in ojačevalnikov moči. Uporabljajo se v vesoljskih plovilih, da pomagajo ublažiti ekstremna temperaturna nihanja med temno in sončno stranjo. Najdemo jih tudi v prenosnih hladilnikih, ki se uporabljajo v kampiranju, različnih vrstah elektronske opreme, kot so digitalni fotoaparati, in v razvlaževalnikih zraka.
Po drugi strani je termoelektrični generator nasprotje termoelektričnega hladilnika, vendar še vedno uporablja termoelektrični učinek. V generatorju se temperaturne razlike med obema stranema enote uporabljajo za proizvodnjo električne energije. Obe napravi sta podobni po strukturi in uporabljenih materialih.
Čeprav je termoelektrično hlajenje manj učinkovito kot hlajenje, ima nekaj izrazitih prednosti. Če je potrebno hlajenje v majhnem obsegu, je lahko termoelektrično hlajenje cenejše in bolj praktično kot hlajenje. Nima mehanskih gibljivih delov, je prenosen, vzdržljiv, traja dolgo in ne potrebuje veliko vzdrževanja.