В термоэлектрических холодильниках трансформатором теплоты является термоэлектрическая батарея, составленная из большого числа последовательно соединенных полупроводников (термоэлементов) с электронной и дырочной проводимостью. В основе работы термоэлектрических трансформаторов теплоты лежит явление Пельтье.
При пропускании постоянного электрического тока от положительного элемента к отрицательному, в месте их контакта (спая) происходит выделение теплоты, а при обратном направлении тока — поглощение. Таким образом, в термоэлектрической батарее чередуются горячие спаи, в которых выделяются теплота в верхний температурный уровень и холодные спаи, поглощающие теплоту,— нижний температурный уровень.
Физическая сущность явлений термоэлектрического охлаждения и нагрева состоит в следующем. В месте спая двух разнородных проводников возникает внутренняя (контактная) разность потенциалов, обусловленная разной работой выхода электронов. При пропускании тока по цепи термоэлементов в одном контакте, где направление потока электронов совпадает с контактной разностью потенциалов, кинетическая энергия электронов возрастает и спай нагревается. В другом спае контактная разность потенциалов тормозит электроны (им необходимо преодолеть энергетический барьер, на что требуется энергия) и спай охлаждается. При перемене направления тока положение меняется на обратное.
Теплота, выделяемая горячими спаями или поглощенная холодными, носит название теплоты Пельтье
Поместив холодные спаи в холодильную камеру, а горячие — вне неё, получим термоэлектрический холодильник. В практике животноводства применяются небольшие по мощности переносные термоэлектрические холодильники, питающиеся от сухих элементов и предназначенные для быстрого охлаждения и хранения биологических объектов, используемых в селекционной работе и ветеринарии.