Эффект Зеебека в термоэлементах работает следующим образом: в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС), если места контактов поддерживают при разных температурах. 3

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими: 3

1. Объёмная разность потенциалов. 3 Если вдоль проводника существует градиент температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном. 3 В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному. 3 На холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. 3 Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие. 2
2. Контактная разность потенциалов. 3 Вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. 3 При создании контакта химические потенциалы электронов становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов. 3 Если температура одного из контактов изменится, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, контактная разность потенциалов также изменится. 3 Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора ЭДС будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи. 3
3. Фононное увлечение. 3 Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. 3 В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем — положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения. 3

Когда цепь замкнута, в ней течёт электрический ток (называемый термотоком), причём изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления термотока. 2