熱電制冷的應用需要微型制冷的場合，熱電制冷發揮很好的作用，廣泛地用作電子器件、僅表的冷卻器，或用在低溫測量器械中，或制作小型恒溫器等。
熱電制冷在電子器件上的應用使用條件嚴格，對溫度反應敏感的電子元器件，必須保證它們在低溫或恒定的溫度條件下工作，才能發揮其性能。例如，紅外探測器在低溫下才能有高靈敏度和探測率。硫化鉛，硒化鉛紅外探測器在一10℃時的響應比20℃時的響應要高出幾倍：在一78℃時，其探測率可以提高一個數量級。為此用途的熱電制冷器，一種由4級電堆組成，在真空中輸人功率10W，達到一95℃的低溫，而制冷器本身僅750g，連散熱器，電風扇加在一起的體積也只有322m，另一種是二緩電堆組成，耗電6W，冷卻硫化船紅外探測器，使其信噪比提高許多倍。
許多電子元件要求在恒溫條件下工作，例如電阻，電容，電感、品體管，石英品體管等，用熱電制冷的方法制做恒溫器，為它們提供恒溫工作條件。各種小型熱電式恒溫器容積從2,5m到300cm，果用熱電制冷方式使恒溫器的溫度控制簡單，精確。用熱敏電阻作感溫件，它們的溫控精度可達士0.05℃。
在標準電器（電池，電容）標定測量中，需要超級恒溫槽。采用熱電制冷，其恒溫控制精度可達士0.005℃。
石英晶體振蕩器用的熱電恒溫器在外界溫度變化幅度為45~一15℃時，工作室內溫度可以穩定在10士0.5℃，所配備的熱電堆功率30W，電流3A。恒溫工作室尺寸為
50mm×138mm，整個外形尺寸為：144×56×56（mm3）：
其結構如圖8-6所示。
多路通信機用的恒溫器結構如圖8-7所示。它使用的熱電制冷器工作電流為3A：功率為5W：實際效率為36%。采用空氣自然對流的散熱方式，散熱片面積0.3m2.當外界環境溫度在一5一45℃之間變化時，恒溫室內溫度可以穩定在25士1℃。
原子物理、天文學等科技領域中廣泛使用的光學倍增管，其暗電流、噪聲、靈敏度等參數主要取決于光電陰極的溫度。用二級熱電制冷器為它提供低溫，可以有效地降低其噪聲和暗電流，提高靈敏度。
又如，美國的M14010型4級微型半導體制冷器，用在手提式熱觀察儀上。熱端溫度300K時，冷端溫度195K，制冷量50mW.輸入電功率7.2W。
