電流通過熱電對時，建立了冷端與熱端之間的溫差，故冷端的溫度與熱端的溫度有關。降低熱端溫度，能達到更低的冷端溫度。利用多級復疊式熱電堆，是降低熱端溫度的一種有效方法。

　　熱電堆與冷水機是不同的，它是由二個以上的熱電對組成。今以三級復疊式熱電堆為例第一級熱電對的冷端貼在第二級熱電對的熱端上；第二級熱電對的冷端貼在第三級熱電對的熱端上’各級熱電對之間有極薄的電絕緣層。用這種方法，最下面一級熱三級復疊電對的熱端，向中間熱電對的冷端排熱式熱電堆示意圖中間熱電對的熱端，向上面一級熱電對的冷端排熱。此時，上一級熱電對的制冷量，應等于下一級熱電對的排熱量，以保證熱平衡。

　　由n級熱電對組成的多級復疊式熱電制冷器，確定其制冷系數的當e>O．5時，多級復疊式熱電堆與單級熱電對獲得的溫差幾乎相同，只是在e<O．5時，兩級復疊式熱電堆才顯示出能獲得較大溫差的優點。實際上，考慮到兩級復疊式熱電堆比單級熱電對制造困難，常在e<O．2以后才采用兩級復疊式熱電堆。在第三級電堆的冷端產生的制冷量是很小的。大于三級的復疊式熱電堆，只用在溫差很大而效率幾乎不考慮的場合。