Эффективность элементов Пельтье низкая по нескольким причинам:

• Двойная природа электронов. 13 Свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. 1 Чтобы создать высокоэффективный элемент Пельтье, нужен материал с высокой проводимостью электрического тока и низкой проводимостью тепла, а такой материал пока не придуман. 3
• Ограниченность теплоотведения. 2 Если приток тепла превысит отток, элемент перегреется и выйдет из строя. 2 Для эффективной работы плату нужно дополнительно охлаждать. 2
• Нелинейное сопротивление. 5 Ток в элементе Пельтье может изменяться в зависимости от температуры. 5 Количество перенесённого тепла пропорционально току, но помимо этого есть паразитный нагрев от протекания тока и паразитная теплопроводность. 5
• Зависимость эффективности от разницы температур. 5 Количество перенесённого тепла сильно зависит от разницы температуры между поверхностями. 5 Например, при разнице 60–67 °С перенос тепла стремится к нулю. 5
• Механические повреждения. 4 Наиболее распространённый механизм отказа в модулях Пельтье — механическое разрушение полупроводниковых кристаллов или разрушение токоподводящих проводников и соединений. 4

Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД элементов Пельтье. 1