Termoelektrinis procesas yra tiesioginis šilumos pavertimas elektra ir vėl kaitinant ar vėsinant objektą. Termoelektrinėmis medžiagomis galima matuoti temperatūros pokyčius, keisti tikrąją objekto temperatūrą ir generuoti elektros krūvį, kuris gali būti naudojamas energijai generuoti. 2011 m. termoelektrinės medžiagos buvo per daug neefektyvios, kad būtų naudingos, tačiau automobilių inžinieriai bando jas panaudoti, kad iš transporto priemonės surinktų švaistomą šilumos energiją ir paverstų ją tinkama elektros energija. Tyrėjai bando padidinti termoelektrinių medžiagų efektyvumą, kad jos taptų ekonomiškesnės, kad jas būtų galima panaudoti kuriant pigius ir efektyvesnius šaldytuvus, oro kondicionierius ir kitus įrenginius, kuriems reikalingas aušinimas.
Termoelektriniai procesai atsiranda dėl Peltier efekto, kuris yra priešingų jungčių aušinimas ir šildymas elektros grandinėse, kuriose yra skirtingų puslaidininkių. Termoelektrinės medžiagos gali būti naudojamos aušinimo įrenginiams kurti arba šaldymui užtikrinti. Viena iš įprastų šiandien naudojamų termoelektrinių medžiagų yra bismuto teluridas, brangus junginys, kuris gali kainuoti net 1,000 USD (USD) už svarą (2,000 USD/kg). Tinkamai paruošta ši termoelektrinė medžiaga sukuria patikimus temperatūros pokyčius nuo 14 iki 266 laipsnių F (nuo -10 iki 130 laipsnių C). Termoelektrinės sistemos veikia patikimai ir tiksliai be įprastų šildymo, vėsinimo ir šaldymo sistemų triukšmo ir be aplinkai kenksmingų chlorfluorangliavandenilių (CFC).
Jau kelerius metus Nacionalinė aeronautikos ir kosmoso administracija (NASA) naudojo termoelektrinių medžiagų galią, kad maitintų kosminius zondus giliausiuose kosmoso kampeliuose, taip toli nuo saulės, kad saulės baterijos yra nenaudingos. Procesas apima branduolinės medžiagos įterpimą į radioizotopinį šiluminį generatorių, kuriame radiologinis skilimas gamina šilumos energiją, kuri vėliau paverčiama elektra zondui maitinti. Tai yra tas pats procesas, kurį automobilių inžinieriai bando panaudoti iš automobilių variklių išmetamosios šilumos – šilumos, kuri gali būti paversta elektra, kad būtų varomas automobilis.
Termoelektrinių medžiagų tyrimus ir plėtrą vykdo Masačusetso technologijos instituto (MIT) Energijos pasienio tyrimų centras. Ten tyrėjai ir mokslininkai padarė keletą gana reikšmingų atradimų, tokių kaip terminio sutrikimo ir elektroninių struktūrų sujungimas esant ribotai temperatūrai. Dabartiniai iššūkiai šioje srityje yra naujų, dar neatrastų, efektyvesnių termoelektrinių pajėgumų medžiagų nustatymas arba sintezė. Pažanga šioje srityje gali sudaryti sąlygas kurti medžiagas, kurios gamina elektrą iš panaudotos šilumos, ir tai yra tvarus pasaulinis energijos sprendimas.