Termoelektrični proces je neposredna pretvorba toplote v električno energijo in nazaj pri segrevanju ali hlajenju predmeta. Termoelektrični materiali se lahko uporabljajo za merjenje temperaturnih sprememb, spreminjanje dejanske temperature predmeta in ustvarjanje električnega naboja, ki se lahko uporablja za proizvodnjo energije. Leta 2011 so termoelektrični materiali preveč neučinkoviti, da bi bili uporabni, vendar jih avtomobilski inženirji poskušajo uporabiti za pridobivanje izgubljene toplotne energije iz vozila in njeno pretvorbo v uporabno električno energijo. Raziskovalci poskušajo povečati učinkovitost termoelektričnih materialov, da bi bili bolj ekonomični, da bi jih lahko uporabili za ustvarjanje poceni in učinkovitejših hladilnikov, klimatskih naprav in drugih naprav, ki zahtevajo hlajenje.
Termoelektrični procesi nastanejo zaradi Peltierjevega učinka, ki je hlajenje in segrevanje nasprotnih stikov v električnih tokokrogih, ki vsebujejo različne polprevodnike. Termoelektrični materiali se lahko uporabljajo za izdelavo hladilnih naprav ali za zagotavljanje hlajenja. Eden najpogostejših termoelektričnih materialov, ki se danes uporabljajo, je bizmutov telurid, draga spojina, ki lahko stane tudi do 1,000 ameriških dolarjev (USD)/lb (2,000 USD/kg). Ko je pravilno pripravljen, ta termoelektrični material proizvaja zanesljive temperaturne spremembe kjer koli med 14 do 266 stopinj F (-10 do 130 stopinj C). Termoelektrični sistemi delujejo zanesljivo in natančno brez hrupa običajnih sistemov za ogrevanje, hlajenje in hlajenje ter brez okolju škodljivih klorofluoroogljikovodikov (CFC).
Nacionalna uprava za aeronavtiko in vesolje (NASA) že nekaj let izkorišča moč termoelektričnih materialov za napajanje vesoljskih sond v najglobljih delih vesolja, tako daleč od sonca, da so sončne celice neuporabne. Postopek vključuje vgradnjo jedrskega materiala v radioizotopni toplotni generator, pri katerem radiološki razpad proizvaja toplotno energijo, ki se nato pretvori v električno energijo za napajanje sonde. To je isti proces, ki ga avtomobilski inženirji poskušajo izkoristiti iz toplote izpušnih plinov avtomobilskih motorjev – toplote, ki se lahko pretvori v električno energijo za pogon avtomobila.
Raziskave in razvoj termoelektričnih materialov izvaja Raziskovalni center Energy Frontier na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Tam so raziskovalci in znanstveniki naredili nekaj precej pomembnih odkritij, kot je spajanje toplotne motnje in elektronskih struktur pri končni temperaturi. Trenutni izzivi na tem področju so identificirati ali sintetizirati nove, še neodkrite materiale z učinkovitejšimi termoelektričnimi zmogljivostmi. Napredek na tem področju lahko omogoči razvoj materialov, ki proizvajajo električno energijo iz odpadne toplote, kar zagotavlja trajnostno globalno energetsko rešitev.