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Un réfrigérateur thermoélectrique utilise l'effet Peltier pour transférer la chaleur d'un côté à l'autre d'un module électronique. Ce module est placé dans la paroi d'un compartiment isolé thermiquement. L'effet Peltier, du nom du physicien français Jean-Charles Athanase Peltier, se produit lorsqu'un courant électrique traverse deux conducteurs différents, créant ainsi une différence de température entre eux. Cette différence de température à travers le module signifie qu'un côté absorbe la chaleur et se refroidit, tandis que l'autre côté chauffe et rayonne ainsi cette énergie dans l'atmosphère environnante.
Le composant principal d'un réfrigérateur thermoélectrique est le module thermoélectrique. Ce module est constitué de deux plaques semi-conductrices, généralement constituées de Tellurure de bismuth, maintenues entre deux plaques de céramique. Lorsqu'un courant électrique est appliqué, une face du module chauffe tandis que l'autre se refroidit. L'énergie thermique est alors dissipée de la face chaude vers l'atmosphère environnante à plus basse température. L'efficacité du système est souvent améliorée par l'utilisation d'un dissipateur thermique, avec ou sans ventilateur. Sinon, de simples mouvements de convection d'air peuvent suffire.
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