在原理上，半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。

热电空调大型热电制冷空调一般是指制冷量在1kW以上的装置，主要应用于潜艇、舰艇和列车上，据相关文献报道目前zui大制冷量超过30 kW。潜艇、舰艇的热电制冷空调主要是单元组合式，各单元可独立运行，热端与海水或淡水进行热交换，冷端与舱室内的空气进行充分的换热，平稳运行时制冷COP可达1.1～2.1。上海交通大学研制的BK-1.5型热电空调器，由热电堆、循环水泵、海水冷却器、通风机、翅片和控制箱等组成，已成功用在潜水器上。热电制冷空调也成功应用于列车上。美国某列车热电制冷空调系统的制冷功率17kW，COP约为0.7，同时也能够用于制热。另有人开发了一套利用太阳能热电技术的汽车内空气调节系统，该系统冷端散热器直接冷却送风气流，而热端采用水循环散热：在38℃的环境温度下，制冷功率4.01 kW，COP为0.42；如果天气晴朗，车顶的太阳能电池可使空调COP提高2%。

如果电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参加导电，叫绝缘体。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。半导体重要的特性是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电能力，而且可以根据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为N型半导体。