半導體制冷的吸熱和放熱是由載流子(電子和空穴)流過結點時，由勢能的變化而引起的能量的傳遞，這就是半導體制冷的本質。

由于一個電偶對產生的熱電效應較小(一般約為1.163W左右，視元件的尺寸大小而異)，所以實際應用時是將數十個電偶對申聯起來、將冷端放在一起、熱端放在一起，稱為熱電堆，將熱電堆和熱交換器用焊接方式連接起來制成半導體制冷器，其特點是結合強度高、接觸熱阻小，適用于熱流密度較大的情況。為了保持電絕緣，在熱電堆和熱交換器之間用金屬化瓷片材料進行絕緣。

我國目前應用的制冷半導體材料，多數是以磅化秘為基體的三元固熔體合金。由于半導體材料性能的限制，目前半導體制冷的效率比一般壓縮式要低，耗電量約大一倍。但在幾十瓦小能量的情況下，由于半導體制冷劑的效率與能量大小無關，故對微小型制冷裝置，反而比壓縮式經濟。此外由于半導休制冷器必需使用直流電源，價格貴，使它的應用受到一定的限制。在電冰箱和空調器中所應用的制冷裝置主要是蒸氣壓縮式。