nmeye başlanırsa, bu kısmın sıcaklığı, ısı musluğunun sıcaklığına eşitlenene kadar yükselir. Bu noktada termoelektrik soğutucular, en yüksek ısı pompalama kapasitelerine ulaşırlar.

Termoelektrik soğutucular, evde kullandığımız buzdolaplarıyla aynı termodinamik yasalara göre çalışmasına rağmen bazı farklılıklar taşır. Buzdolabında kullanılan dondurucu sıvının yerini, bir yarı iletken alır. Yoğuşturucu da bir ısı transfer elemanıyla yer değiştirir. Ayrıca kompresörün yerini de doğru akım kaynağı alır.

Termoelektrik modüle doğru akım kaynağının bağlanması, elektronların yarı iletken nesneden geçmesini sağlar. Maddenin soğuk tarafında, elektron hareketi sayesinde ısı soğurulur ve sıcak uca gönderilir. Sıcak olan uca ısı transfer elemanı bağlandığı için, ısı, ısı transfer elemanından çevreye verilir.
Terrmoelektrik soğutucuların başlıca kullanım alanları mikroişlemciler, buzdolapları, gece görüş teçhizatları vb. olarak verilebilir.

Peltier soğutucu veya termoelektrik soğutucu, termoelektrik prensiplerle çalışarak soğutucu olarak kullanılan elektronik bir cihazdır. Termoelektrikte peltier etkisi olarak bilinen olgu cihazın çalışma prensibinin temelini oluşturur. Bu etkiden 
Teori bölümünde daha ayrıntılı bahsedilmiştir. Peltier Soğutucu temelde termoelektrik bir cihazdır. Termoelektrik cihaz iki şekilde kullanılabilir. Birincisi, cihazın iki tarafına sıcaklık farkı uygulandığında termoelektrik cihaz
elektrik üretmek için kullanılabilir. İkincisi, termoelektrik cihaza elektrik (doğru akım) uygulandığında cihazın bir tarafı ısınır ve diğer tarafı soğur. Cihazın soğuk tarafını herhangi bir uygulamada kullanmak bu cihazın peltier soğutucu olarak tanımlanmasını gerektirir. Peltier soğutucular ısı pompası olarak çalışırlar, ısıyı cihaz yapısı içerisinde bir yerden başka yere taşırlar. Bu cihazlar katı hal soğutucular olarak da tanımlanabilirler.

Peltier Soğutucunun basit yapısı yandaki şekil'den görülebilir. Doğru akımın yönü değiştirildiğinde sıcak ve soğuk taraflarda değişecektir. Peltier Soğutucular içlerinde birden çok termoelektrik element olacak şekilde üretilirler. İçerisinde birden çok termoelektrik element bulunduran bu yapıya modüler yapı denir ve modüler yapıdaki bu cihazlara ise termoelektrik modül denir. Modüler yapı cihaza performans yönünden büyük katkı sağlar, bir tek termoelektrik elementin bulunduğu yapıdan yeterli soğutma elde etmek çok zordur. Peltier soğutucuların kapasitelerini ve verimliliklerini değişik tasarımlar ve değişik termoelektrik malzemeler kullanarak değiştirmek mümkündür. Doğru tasarımlarla kriyojenik sıcaklıklara inmek mümkün olabilmektedir.

Peltier soğutucular gaz sıkıştırmalı soğutucularla aynı termodinamik kanunlara göre çalışsa da soğutma yöntemleri tamamen farklıdır. Fakat peltier soğutucular mevcut termoelektrik malzemelerle ve cihaz tasarımlarıyla geleneksel gaz sıkıştırmalı sistemler kadar verimli soğutma yapamamaktadırlar. Buna rağmen basit yapıları ve küçük boyutlarda üretilebilmeleri peltier soğutucuları bazı kullanım alanları için uygun kılmaktadır.

1823'te Estonyalı bilim adamı Thomas Johann Seebeck, iki farklı iletken kullanılarak bir halka oluşturulduğunda ve bu halkadaki bağlantı uçları ısıtıldığında pusulanın iğnesini saptırabildiğini görmüştür. Oluşturulan yapı bir tür manyetik etki yapıyordu. Seebeck daha sonra bu olguyu Dünya'nın manyetik alanı ve kutuplarla ekvator arasındaki sıcaklık farkıyla ilişkilendirebilmek için kullandıysa da bir sonuca varamadı. Seebeck bu olguyu farklı malzemelerle denedi ve bunları elektriksel iletkenlikleri (σ) ve seebeck katsayıları (α) çarpımına göre sıraladı. Seebeck katsayısının birimi derece başına Volt'tur (VK) Sıralamadaki ilk ve en son malzemeleri kullanarak elektrik üretti.

Seebeck'ten 12 yıl sonra 1835'te, Fransız bilim adamı Jean Charles Athanase Peltier karşıt bir etkiyi keşfetti. İki farklı iletken kullanılarak yapılmış bir sisteme elektrik akımı uygulandığında halkanın bağlantı noktalarından birinin ısındığını ve diğerinin soğuduğunu gözlemledi. Fakat Peltier bulgularını Seebeck'inkilerle ilişkilendirmedi. 1832'de Peltier'in gözlemleri Lenz tarafından açıklandı ve şu şekilde sonuç çıkardı: İki farklı iletkenin oluşturduğu halkanın bağlantı noktalarından akım geçer ise akımın yönüne bağlı olarak bir bağlantı noktası ısınırken diğeri soğur. Çıkarımını bizmut-antimon bağlantı noktasında suyu dondurarak gösterdi.

1851'de İngiliz bilim adamı William Thomson, 1st Baron Kelvin, Seebeck and Peltier etkileri arasında bir bağlantı kurdu ve bu etkileri termodinamik yasalarını kullanarak açıkladı. Lord Kelvin daha sonra tek bir iletkenden geçen akımla iletkende oluşan sıcaklık değişimini ilişkilendiren başka bir termoelektrik etkiyi tahmin etti.

1885'te Rayleigh yanlış olmasına rağmen ilk termoelektrik jeneratörün verimini hesapladı.

1909 ve 1911'de Alman bilim adamı E. Altenkirch termoelektrik elektrik üretimi ve soğutma için bir teori geliştirdi ve iyi bir termoelektrik malzemenin küçük ısı iletkenliğine formula_2 ve yüksek elektriksel iletkenliğe formula_3 sahip olması gerektiğini söyledi. Teorisini "figure of merit (Z)" olarak toparladı.

formula_4 , Z: Figure of merit (belli bir sıcaklıkta)

1950'de transistör uygulamaları için geliştirilen sentetik yarı-iletken malzemeler termoelektrik uygulamalar için de iyi özelliklere sahipti.Bu yeni malzemelerin ortaya çıkmasıyla modern peltier soğutucular diyebileceğimiz, p ve n tipi yarı iletken malzemelerin iki elektriksel yalıtkan plaka arasına electriksel olarak seri ve termal olarak paralel bağlanmasıyla oluşturulan peltier modüller oluşturuldu.

Çok katlı modüllerin oluşturulmasıyla ticari peltier soğutucuların 170 K sıcaklığa kadar inmesi mümkün oldu. Bugün, malzemelerin katı hal teorisi, termoelektrik malzemelerin geliştirilmesi için sağlam bir model sunuyor. Yeni ve daha verimli termoelektrik malzeme üretim çalışmaları bu model çevresinde halen devam ediyor.

Peltier Soğutucular geleneksek gaz sıkıştırmalı soğutucular kadar verimli olmasalar da basit yapıları, küçük boyutlarda üretilebilmeleri ve kriyojenik sıcaklıklara inebilmeleri bu cihazları bazı uygulamalar için uygun kılmaktadır. Özellikle ufak boyutlu üretilebilmeleri elektronik cihazların soğutmalarında kullanılmalarına olanak sağlamaktadır. Mikro işlemci ve sensör soğutmaları bunların başlıcalarındandır. Dijital görüntü yakalayan cihazların sensörlerinde görüntü kalitesini arttırmakta soğutmanın büyük önemi vardır. Topladığı ışık demetleri yüzünden ısınan sensörler, gelen ışıktan aldığı verinin yanında ısınmadan kaynaklı sensor içindeki elektron uyarılmasından da sinyal alacaktır ve bu sinyaller görüntüye kirlilik(=noise) olarak yansıyacaktır. Peltier soğutucu ile, sensörün topladığı ışıktan kaynaklanan ısıyı uzaklaştırmak mümkün hale gelmektedir. Benzer biçimde bu olgu kızılötesi dedektörlerde de mevcut ve daha önemlidir. Isının radyasyonla yayılması kızılötesi dalga boyunda gerçekleştiği için bu sensörlerin ısınması daha büyük bir problemdir ve temiz sinyal alınabilmesi için bu ısınmanın giderilmesi şarttır. Bu uygulamalarda peltier soğutucular küçük boyutları sayesinde uygun bir alternatiftir. Bunların yanında soğutmanın gerekli olduğu özellikle seyyar uygulamalarda peltier soğutucular önemli bir yere sahiptir. Bu cihazların hareketli parçalarının olmayışı seyyar uygulamalarda bu cihazları uygun kılmaktadır. Peltier soğutucuların kullanıldığı bazı uygulama alanlarını şöyle sıralayabiliriz:


İki iletkenin oluşturduğu halkanın iki bağlantı noktasına sıcaklık farkı uygulanırsa sistemde voltaj farkı oluşur, bu olguya seebeck etkisi ya da ısılçifti (thermocouple) etkisi denir. Seebeck katsayısı (α) bu olgunun farklı malzemeler için miktarını belirler. Seebeck katsayısı malzeme özelliğidir ve her malzemenin farklı bir seebeck katsayısı vardır. 
Malzemenin bir tarafı diğer tarafına göre ısıtıldığında sıcak tarafta daha çok elektron fermi enerji seviyesini geçebilecek enerjiye sahip olacak. Fermi enerji seviyesini geçen, serbest halde dolaşabilen yüksek enerjili elektronlar malzemenin içerisinde yayınım gösterecekler ve net elektron yayınımı sıcak taraftan soğuk tarafa olacak, bu da malzeme içerisinde yerleşik bir voltaj farkına neden olacak. Uygulanan derece başına malzemede yaratılan bu voltaj farkı malzemenin seebeck katsayısını (α) verir. Fermi enerji seviyesini aşan elektronların ortalama enerjileri yayınımlarını etkileyeceğinden ve elektronların enerjilerinin malzemenin fermi enerji seviyesiyle ilişkili olduğundan;

formula_5,elektronların ortalama enerjisi formula_6:sıfır kelvindeki fermi enerji seviyesi

seebeck katsayısı her malzeme için özel bir değere sahiptir.

formula_7 , seebeck katsayısı.

Verimli bir termoelektrik etki yaratmak için seebeck katsayısı mümkün olduğunca büyük olmalıdır.
Yukarıda bahsedilen durum serbest elektron teorisini baz alarak düşünülmüştür fakat gerçekte bütün malzemeler serbest elektron teorisine göre davranmaz Bazı malzemelerde enerjiyle birlikte örgü titreşimleri de artmaktadır. Bu örgü titreşimleri elektronların ortalama serbest yolunun büyüklüğünü yayınımını ters yönde etkileyebilir ve bazı metallerde elektron yayınımının yönü soğuktan sıcak bölgeye doğru olabilir. Bu durumda seebeck katsayıları negatif olacaktır.

Seebeck etkisi bağlantı yapılan malzemeler farklı ise gözlemlenebilir, bağlantı oluşturulan malzeme aynı ise oluşan iç voltaj farkıda aynı olacağından bir birini iptal eder. Farklı malzemeler kullanıldığında her malzemenin içerisinde oluşan voltaj farkının farkları kadar bir değer gözlemlenir. Yandaki şekilde bu durumu anlatan bir çizim görülebilir.

Peltier etkisi seebeck etkisinin karşıt etkisi olarak tanımlanabilir. Farklı iki iletkenden yapılmış bir halkaya akım uygulandığında iletkenlerin bağlı olduğu noktalar ısınır veya soğur. Peltier katsayısı ise uygulanan akımda ne kadar ısıtma ya da soğutma elde edildiğinin bir ölçüsüdür. Akım uygulandığında bir bağlantıdan diğer bağlantıya elektronlar transfer edilecek ve bu elektronlar sahip oldukları enerjiyi bir bağla