熱電制冷器的基本單元是半導(dǎo)體電偶。組成電偶的材料一個是P型半導(dǎo)體（空穴型），一個是N型半導(dǎo)體（電子型）。

取它們作熱電制冷的材料是由于其帕爾帖效應(yīng)比普通的金屬電偶強得多，能夠在冷結(jié)點處表現(xiàn)出明顯的制冷效應(yīng)。

圖8一1示出基本熱電偶構(gòu)成的熱電制冷電路。用金屬電橋（銅板）連接兩個半導(dǎo)體電臂P和N，組成電偶，再用銅導(dǎo)線接到直流電源上構(gòu)成回路。在外電場作用下，N型半導(dǎo)體中的電子由負極流向正極：P型半導(dǎo)體中的空穴由正極移向負極。電子和空穴又稱為載流子，它們在半導(dǎo)體中的勢能大于在金屬中的勢能。當(dāng)圖8一1所示的熱電對中通以電流后，電子從金屬片1流入N型半導(dǎo)體，因勢能提高，需吸收熱量，使金屬片1和N金屬片2和n型半導(dǎo)體的結(jié)合處溫度升高。因P型半導(dǎo)體中的空穴移動方同問和電流方向相同，當(dāng)空穴從金屬片1流入P型半導(dǎo)體時，勢能提高，吸收熱量，降低了金屬片1和P型半導(dǎo)體的結(jié)合處溫度：當(dāng)空穴從P型半導(dǎo)體流入金屬片2時，因勢能下降放出熱量，使金屬片2和P型半導(dǎo)體的結(jié)合處溫度升高。

由于電子和空穴的移動均使金屬片2升溫，形成熱端：使金屬片1降溫，形成冷端，所以熱電對在冷端吸收周圍介質(zhì)的熱量，達到制冷的目的。圖8-1中示出給定電流方向時結(jié)點的熱流方向，若電流反向，則結(jié)點1和2的熱流方向與圖示相反，可見，熱電偶既可制冷，又可加熱，只需改變電流方向就能切換。