電堆的設計運行方式是指制冷系數最佳運行方式和制冷量最大運行方式.在電堆設計時，應選擇其中一種。電堆的實際運行方式包括制冷系數最佳、制冷量最大、制冷溫差最大、恒電壓、恒電流、恒輸入功率、最小電流等多種，實際運行方式與設計運行方式可以不相同。
選擇運行方式時，應綜合考慮使用性質、冷負荷的大小、散熱方式、運行條件、對體積和重量的要求、對電源的要求、對運行經濟性的要求等因素.按技術經濟學的方法進行分析。
在相同的設計條件下，按制冷系數最佳運行方式設計的電堆耗電少、熱端散熱量小、運行經濟性好，電源體積和重量均較小、電源成本較低，但所需熱電元件多、電堆體積較大、電堆的成本較高。當電堆的使用場合為對效率要求較高的便攜式冰箱、特種空調、微型冷飲裝置、大多數實驗裝置、工業裝置以及大多數低溫醫療裝置時，應按制冷系數最佳運行方式進行設計。
如按制冷量最大運行方式設計，則電堆耗電多、熱端散熱量大、運行經濟性差，但所需元件少、體積小、成本低。當電堆的使用場合為對重量要求較高的低溫手術器械、電子裝置、軍事和航空航天裝備時，應按制冷量最大運行方式進行設計。特別是導彈制導部紅外部件等場所用的電堆，重量要求是第一位的，且為一次性使用，必須按制冷量最大運行方式進行設計，以減小起飛重量。
當需要較大制冷溫差時，由于不可能作到Q0=0，且制冷溫差最大時的電流條件就是制冷量最大的條件，所以應按制冷量最大運行方式進行設計。
無論采用哪種運行方式進行設計，熱電制冷元件的面長比都應盡可能符合制冷系數最佳的尺寸條件。在實際運行中，對于任一電堆，只要滿足制冷系數最佳的尺寸條件，只需調節電流就可以從任何一種運行方式調節至另一種運行方式。
