熱電制冷設備主要由熱電堆、導熱的電絕緣層、冷板和散熱器組成，見圖8一10.其電路組成如圖8-11所示。
由于一對基本電偶的制冷量很小，實際使用時為了滿足指定的冷量要求，需要將許多電偶連接成電堆。連接時，必須將所有的冷結點放在一側，所有的熱結點放在另一側。電偶可以串連，也可以并聯。電偶臂之間的縫隙用絕緣樹脂注塑充填或用合成樹脂泡沫材料充填，使整個熱電堆形成一個剛性整體。
冷板起導出冷量的作用。冷板應與被冷卻物體保持特良好的熱接觸。在某些情況下，也可以不用冷板，讓冷端直接接觸被冷卻對象。這時，接觸面應具有良好的導熱性和電絕緣性。
散熱器起熱端散熱的作用。按冷卻條件可以做成不同形式。采用水冷卻時，將散熱器作成水箱，用冷卻水帶走熱量。采用空氣冷卻時，散熱器可從做成帶有翅的表面，翅型有片狀和針狀。如果制冷設備的功案不大，還可以直接用被冷卻件的機殼散熱，不必另設熱端散熱器。
如果制冷設備是瞬時或者間歇工作的，可以用某些低熔點的鹽類散熱，也可以利用某種液體的汽化來散熱。由于鹽類熔化或者液體汽化時潛熱大、溫度不變，提供了定溫吸熱的條件，而且散熱強度高。
為了使同一側結點的熱量都能匯集到金屬板（冷板或散熱器）上，而又保證各電偶元件之間能夠有相互的電隔離性，在電堆冷端與冷板之間、電堆熱端與散熱器之間用一層能導熱卻不能導電的物質隔開，該隔層即導熱的電絕緣層。云母片、涂漆層或不導電的金屬氧化物膜片都可以作為導熱的電絕緣層材料。該層的厚度越小越好，因為它夾在電堆結點與熱交換器之間，將產生附加熱阻和附加溫度差。通常每層引起的附加溫差都在2K以上。
