热电制冷的应用需要微型制冷的场合，热电制冷发挥很好的作用，广泛地用作电子器件、仅表的冷却器，或用在低温测量器械中，或制作小型恒温器等。
热电制冷在电子器件上的应用使用条件严格，对温度反应敏感的电子元器件，必须保证它们在低温或恒定的温度条件下工作，才能发挥其性能。例如，红外探测器在低温下才能有高灵敏度和探测率。硫化铅，硒化铅红外探测器在一10℃时的响应比20℃时的响应要高出几倍：在一78℃时，其探测率可以提高一个数量级。为此用途的热电制冷器，一种由4级电堆组成，在真空中输人功率10W，达到一95℃的低温，而制冷器本身仅750g，连散热器，电风扇加在一起的体积也只有322m，另一种是二缓电堆组成，耗电6W，冷却硫化船红外探测器，使其信噪比提高许多倍。
许多电子元件要求在恒温条件下工作，例如电阻，电容，电感、品体管，石英品体管等，用热电制冷的方法制做恒温器，为它们提供恒温工作条件。各种小型热电式恒温器容积从2,5m到300cm，果用热电制冷方式使恒温器的温度控制简单，精确。用热敏电阻作感温件，它们的温控精度可达士0.05℃。
在标准电器（电池，电容）标定测量中，需要超级恒温槽。采用热电制冷，其恒温控制精度可达士0.005℃。
石英晶体振荡器用的热电恒温器在外界温度变化幅度为45~一15℃时，工作室内温度可以稳定在10士0.5℃，所配备的热电堆功率30W，电流3A。恒温工作室尺寸为
50mm×138mm，整个外形尺寸为：144×56×56（mm3）：
其结构如图8-6所示。
多路通信机用的恒温器结构如图8-7所示。它使用的热电制冷器工作电流为3A：功率为5W：实际效率为36%。采用空气自然对流的散热方式，散热片面积0.3m2.当外界环境温度在一5一45℃之间变化时，恒温室内温度可以稳定在25士1℃。
原子物理、天文学等科技领域中广泛使用的光学倍增管，其暗电流、噪声、灵敏度等参数主要取决于光电阴极的温度。用二级热电制冷器为它提供低温，可以有效地降低其噪声和暗电流，提高灵敏度。
又如，美国的M14010型4级微型半导体制冷器，用在手提式热观察仪上。热端温度300K时，冷端温度195K，制冷量50mW.输入电功率7.2W。
