珀爾帖效應是1834年由法國科學家珀爾帖發現的。他曾經通過實驗發現由N、P型材料組成的一對電偶，當通入直流電流后，因電流通入的方向不同，會在電偶結點處產生吸熱和放熱現象，其原理可解釋為：電荷載體在導體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它們從高能級向著低能級運動時就會釋放出多余的能量，表現出放熱；反之當他們從低能級向著高能級運動時，就會從外界吸收能量，表現出吸熱制冷的效果。在半導體中，當電流由N結流向P結時，就會產生吸熱現象，而當電流從P結流向N結時就會產生放熱現象，這種現象就稱之為珀爾帖效應。根據此原理所做成的珀爾帖效應熱泵，就是利用P型和N型半導體粒子按照一定的規則排列，將它們用金屬連接片焊接成一個電偶對，接上直流電源后將電流從N極流向P極的那端作為冷端，用于制冷，而將P極流向N極的一端作為熱端，用于放熱。本質上，該器件就是一個將熱量從一端移動到另一端的能量泵。
目前國內較為常用的P型和N型制冷半導體材料為以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3，采用垂直區熔法提取晶體材料。
一般來說半導體制冷器件的體積可以做得很小，相比于傳統壓縮機的制冷技術，可以更方便地用于對電子電氣設備的降溫，且制冷器可以做成各種形狀的貼片結構，貼附在芯片等關鍵發熱元件的表面，以實現散熱降溫的效果。其實這一技術在一些特定領域已經有了一些廣泛的應用，比如曾經有PC機的超頻愛好者，利用這種結構的半導體制冷器，將CPU滿負載時的表面溫度降到了－3攝氏度，從而使得CPU的工作主頻順利升到了正常水平的50％以上。
如果用半導體制冷器件對特大功率的LED進行降溫，也同樣可以達到優化LED工作狀態的效果，從而延長LED的壽命，改善LED發光的色溫及一致性等問題。對于大功率LED照明來說，70％以上的故障都是由于LED溫度過高所導至的。LED溫度的升高會導致器件各方面的變化與衰減，這種變化主要體現在三個方面：一，減少LED的外量子效率；二，縮短LED的壽命；三，造成LED發生光的主波長偏移，從而導致光源的顏色發生偏移。其中器件的外量子效應是與LED光效直接相關的量，外量子效率的下降會致使LED光效的降低。隨著LED溫度的上升，白光LED發光的主波長會向長波方向移動。
LED結溫與光效率的關系及結溫與LED壽命的關系
當LED的溫度達到125攝氏度以上時，LED的發光效率就會顯著下降，故障率較之100攝氏度時會上升兩倍以上。一般情況下，當LED在額定功率一半以上工作時，溫度每升高20度，故障率就會提高一倍。 而通常照明LED為了提高散熱的效果，會將多顆LED以一定間隔排列，這又會導至LED的聚光效果不夠理想，影響了照明的效果，降低了總體發光效率。通過給大功率LED的鋁基板增加半導體制冷功能，將LED的發熱由制冷模塊快速地傳遞到另一端，同時對另一端進行散熱，就能有效地降低LED工作時的環境溫度。
基板還能根據具體應用的需要做成各種形狀，如筒狀或者拋物面型等。這樣可以更有效地將多顆LED的位置進行光學優化分布。從前文的圖三中可以看出，如果將LED的環境工作溫度始終保持在100度以下，那么其光輸出效率和壽命將比125度以上工作環境下有大大地改善。這種改進對于有超大功率應用如汽車前燈照明，路燈照明等領域有著特別顯著的實際意義。
