半導體制冷片是由半導體所組成的一種冷卻裝置，於1960年左右才出現，然而其理論基礎可追溯到19世紀。這現象最早是在1821年，由一位德國科學家ThomasSeeback首先發現，不過他當時做了錯誤的推論，並沒有領悟到背後真正的科學原理。
到了1834年，一位法國表匠，同時也是兼職研究這現象的物理學家JeanPeltier，才發現背後真正的原因，這個現象直到近代隨著半導體的發展才有了實際的應用，也就是[致冷器]的發明(注意，這時叫致冷器，還不叫半導體致冷器)。由許多N型和P型半導體之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好。
在原理上，半導體制冷片是一個熱傳遞的工具。當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產生熱量轉移，熱量就會從一端轉移到另一端，從而產生溫差形成冷熱端。但是半導體自身存在電阻當電流經過半導體時就會產生熱量，從而會影響熱傳遞。而且兩個極板之間的熱量也會通過空氣和半導體材料自身進行逆向熱傳遞。當冷熱端達到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時，就會達到一個平衡點，正逆向熱傳遞相互抵消。此時冷熱端的溫度就不會繼續發生變化。為了達到更低的溫度，可以採取散熱等方式降低熱端的溫度來實現。
半導體制冷的實際應用
電腦散熱
兩個水冷頭和兩塊半導體制冷片來個合影，兩塊半導體制冷片通過導熱銅塊給CPU冷卻，水冷頭則給半導體制冷片的熱端降溫，從而達到把CPU溫度控制在室溫甚至零度以下的目的。
工業應用
工業生產上的精密儀器，需要很好的溫度控制，那麼半導體的散熱就比較關鍵，通常半導體散熱在工業上的用途最為廣泛。特別是醫療設備，實驗室裝備和航空設備上都有廣泛應用。