半导体制冷的吸热和放热是由载流子(电子和空穴)流过结点时，由势能的变化而引起的能量的传递，这就是半导体制冷的本质。
由于一个电偶对产生的热电效应较小(一般约为1.163W左右，视元件的尺寸大小而异)，所以实际应用时是将数十个电偶对申联起来、将冷端放在一起、热端放在一起，称为热电堆，将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器，其特点是结合强度高、接触热阻小，适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘，在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。
我国目前应用的制冷半导体材料，多数是以磅化秘为基体的三元固熔体合金。由于半导体材料性能的限制，目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低，耗电量约大一倍。但在几十瓦小能量的情况下，由于半导体制冷剂的效率与能量大小无关，故对微小型制冷装置，反而比压缩式经济。此外由于半导休制冷器必需使用直流电源，价格贵，使它的应用受到一定的限制。在电冰箱和空调器中所应用的制冷装置主要是蒸气压缩式。
