在多級熱電堆中,電路可以布置成級間串聯、并聯或串并聯 ,以滿足電路設計上的要求。圖8-19為多級熱電堆中幾種常用的電路布置,其中(a)為最常見的二級堆襄聯電路 ,(b、c)為二級堆并聯電路 ,(d、e)為串并聯混合電路 .在這些電路中電偶臂的截面積往往是不相等的，它由級與級之間的制冷量分配所決定。圖中(e)是一種較為合理的特殊結構,它的一級的兩個和臂作為二級的連接片,可以減少級間的熱阻 ,提高制冷效果,而它一級的連接片可做成點狀或針狀冷端,作為外科醫療器械或電子儀器的微型制冷器。

應該指出,熱電堆中級的劃分是根據它的熱系統,而不是指它的電路布置的區別。圖8-20是一個二級熱電堆的熱系統負和結構圖。從熱系統圖中可以看到,第二級冷端從外界吸收熱量 Q₀起制冷作用;第二級的熱端放出的熱量為Q' ,這個熱量被第一級的冷端全部吸收;第一級熱端放出的熱基為Q, 需要由散熱器傳給傳熱介質帶走。由于電路中焦耳熱的產生,使Q ＞Q’＞Q₀ ,因此多級熱電堆中前一級的產冷量應大于后一級,從第一級至最后一級成寶塔形分布，這樣,各級制冷電偶數的分布也成寶塔形,最后一級甚少,而第一級卻是相當大的數目,這是多級熱電制冷器的結構特點。