半导体制冷的原理是基于帕尔帖原理，该原理是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的。这个原理指出，当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其他的热量，而另一个接头处则吸收热量。这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流强度I[A]成正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关。
半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称为热电堆。单级热电堆可得到大约60℃的温差，即冷端温度可达-10～-20℃。增加热电堆级数即可使两端的温差加大。