半導體制成的熱電電池具有很強的塞貝克效應，熱能轉化為電能的效率也很高。因此，多個這樣的電池可以組合成熱電堆作為低功率電源。其工作原理是，當N型和P型半導體兩種不同類型的熱電轉換材料的壹端結合並置於高溫狀態，另壹端開路並給予低溫時，由於高溫端的強熱激發，空穴和電子的濃度高於低溫端，在這種載流子濃度梯度的驅動下，空穴和電子向低溫端擴散，從而在低溫開路端形成電位差；如果將許多對P型和N型熱電轉換材料連接起來形成壹個模塊，就可以獲得足夠高的電壓來形成壹個熱電發電機。
熱電技術的研究始於20世紀40年代，60年代達到頂峰，並成功實現了航天器上的長期發電。當時美國能源部航天與國防動力系統辦公室給出的鑒定是“溫差發電已被證明是壹種性能可靠、維護量少、可在極端惡劣環境下長期工作的動力技術”。近年來，溫差發電器不僅在軍事和高科技領域，而且在民用領域都顯示出良好的應用前景。
在遠距離的太空探索中，自上世紀中葉以來，人們不斷將目標鎖定在更遙遠的星球，甚至是太陽系以外的遙遠空間。在這些環境下，太陽能電池很難發揮作用，熱源穩定、結構緊湊、性能可靠、壽命長的放射性同位素熱電發電系統成為了理想的選擇。由於壹個硬幣大小的放射性同位素熱源可以提供持續20多年的電能，從而大大減輕了航天器的載荷，這壹技術先後在阿波羅登月艙、先鋒號、海盜號、旅行者號、伽利略號和尤利西斯號航天器上得到應用。
此外，據德國雜誌《科學畫報》報道，這種由德國慕尼黑壹家芯片研發公司研發的新型電池主要由壹種能夠感知溫差的矽芯片組成。當這種特殊矽片正面“感應”到的溫度與背面的溫度有壹定溫差時，其中的電子就會定向流動，從而產生微電流。負責開發這種電池的科學家溫納·韋伯(Wenner Weber)說，“只要人體皮膚和衣服之間有5℃的溫差，這種電池就可以用來為壹只普通手表提供足夠的能量。”
雖然熱電發電有很多應用，但長期以來，熱電技術向工業和民用行業的普及受到熱電轉換效率和高成本的限制，受到很大的制約。雖然近年來，隨著能源和環境危機的日益突出以及壹批高性能熱電轉換材料的研制成功，熱電技術的研究再次成為熱點，但突破的希望在於轉換效率的穩定提高。可以想象，熱電電池技術成熟後，我們的手機、筆記本電腦電池都可以利用身體與外界的溫差發電，從而大大延長其使用壽命。