半導體制冷系統的熱電偶上下各有一個接頭。其中一個接頭電流從N型半導體流向P型半導體，由于產生電子-空穴對而導致內能的降低，溫度下降并吸收周圍環境的熱量，該接頭稱為冷端，這就是半導體制冷。另一個接頭電流反向流動，由于電子-空穴對的復合而導致內能的提高，溫度上升并向周圍放熱，該接頭稱為熱端。
當半導體制冷的冷端通過熱交換器吸收冷卻空間和物品的熱量(這部分熱量就是半導體制冷的制冷量)時，將熱量通過熱電偶傳送到半導體制冷的熱端。它又通過熱交換器向冷卻水或空氣散熱，將冷卻水和物品的熱量轉移到周圍環境中去，從而實現制冷。
