Termoelektriskais process ir tieša siltuma pārvēršana elektroenerģijā un atkal objekta sildīšanas vai dzesēšanas procesā. Termoelektriskos materiālus var izmantot, lai izmērītu temperatūras izmaiņas, mainītu objekta faktisko temperatūru un radītu elektrisko lādiņu, ko var izmantot enerģijas ražošanai. 2011. gadā termoelektriskie materiāli bija pārāk neefektīvi, lai būtu noderīgi, taču automobiļu inženieri mēģina tos izmantot, lai no transportlīdzekļa savāktu izšķērdēto siltumenerģiju un pārvērstu to izmantojamā elektroenerģijā. Pētnieki cenšas palielināt termoelektrisko materiālu efektivitāti, lai padarītu tos ekonomiskākus, lai tos varētu izmantot, lai izveidotu zemu izmaksu un efektīvākus ledusskapjus, gaisa kondicionierus un citas ierīces, kurām nepieciešama dzesēšana.
Termoelektriskie procesi notiek Peltjē efekta dēļ, kas ir pretēju savienojumu dzesēšana un sildīšana elektriskajās ķēdēs, kurās ir dažādi pusvadītāji. Termoelektriskos materiālus var izmantot, lai izveidotu dzesēšanas ierīces vai nodrošinātu dzesēšanu. Viens no mūsdienās izplatītākajiem termoelektriskajiem materiāliem ir bismuta telurīds, dārgs savienojums, kas var maksāt pat 1,000 ASV dolārus (USD) par mārciņu (2,000 ASV dolārus/kg). Pareizi sagatavojot, šis termoelektriskais materiāls rada ticamas temperatūras izmaiņas jebkur no 14 līdz 266 grādiem F (-10 līdz 130 grādiem C). Termoelektriskās sistēmas darbojas uzticami un precīzi bez tradicionālo apkures, dzesēšanas un saldēšanas sistēmu radītā trokšņa un bez videi kaitīgiem hlorfluorogļūdeņražiem (CFC).
Jau vairākus gadus Nacionālā aeronautikas un kosmosa administrācija (NASA) ir izmantojusi termoelektrisko materiālu jaudu, lai darbinātu kosmosa zondes kosmosa dziļākajās vietās, tik tālu no saules, ka saules paneļi ir bezjēdzīgi. Process ietver kodolmateriāla ievietošanu radioizotopu siltuma ģeneratorā, kurā radioloģiskā sabrukšana rada siltumenerģiju, kas pēc tam tiek pārveidota par elektroenerģiju, lai darbinātu zondi. Tas ir tas pats process, ko automobiļu inženieri cenšas izmantot no automašīnu dzinēju izplūdes siltuma — siltuma, ko var pārvērst elektrībā, lai darbinātu automašīnu.
Termoelektrisko materiālu izpēti un izstrādi veic Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) Enerģētikas robežu pētniecības centrs. Tur pētnieki un zinātnieki ir veikuši dažus diezgan nozīmīgus atklājumus, piemēram, termisko traucējumu un elektronisko struktūru savienošanu ierobežotā temperatūrā. Pašreizējie izaicinājumi šajā jomā ir jaunu, vēl neatklātu materiālu identificēšana vai sintezēšana ar efektīvākām termoelektriskajām iespējām. Sasniegumi šajā jomā var ļaut izstrādāt materiālus, kas ražo elektroenerģiju no siltuma pārpalikuma, nodrošinot ilgtspējīgu globālu enerģijas risinājumu.