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Z= S2σ/κ (1-1)
S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率。由于不同环境温度下材料的Z值不同，习惯上人们常用热电系数与温度之积，ZT的大小来描述材料的热电性能。
1.2.1 Seebeck效应
Seebeck效应是由热能转化为电能的现象，由德国物理学家T.J.Seebeck在1821年考察Bi-Cu与Bi-Ti回路的电磁效应时发现的。他的实验表明，当由两种不同导体构成之闭合回路的两个接点的温度不同时，回路中会有电流产生，这就是Seebeck效应。如果是开路，则开路两端将出现电势差，称为Seebeck电势，正是这一电势在闭合回路中引起了电流。图1.1为Seebeck效应示意图。在两种不同的导体A、B构成的回路中，将接头维持在不同的温度T和T+ΔT，则在导体中会产生电势差ΔE，回路中有电流产生，表示为：
ΔE = αABΔT (1-2)
当△T→0，αAB可认为为常数，定义为两种导体的相对Seebeck系数，其值为：
一般，当主要载流子是电子时，Seebeck系数为负值；当空穴是主要载流子时，Seebeck系数为正值。论文网
Seebeck效应的微观物理本质可以用梯度温度作用下导体内载流子的分布变化来说明。在没有温差的导体中，载流子均匀分布在导体中。当导体接头两端建立温度梯度时，热端载流子将被激发到较高能量状态，趋向于扩散到冷端以降低能量并在冷端不断堆积形成自建电场，知道达到平衡状态，此时冷热端形成电势差（Seebeck电势）。
1.2.2 Peltier效应
Peltier效应是电能转化为热能的现象，可认为是Seebeck效应的逆效应。是法国物理学家J.C.A.Petlier 在1834年发现不同介质交接处[9,10]，通过电流会产生热电转换现象，其转换程度由通过的电流强度决定，这个现象称之为Peltier效应。如图1.2所示，当A、B两种导体形成的回路中有电流通过时，由于载流子在不同材质的导体中的能级不同，当它通过接头进入另一种导体时，将在接头附近与环境发生能量交换，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。在时间dt内其热量dQp的大小与流过的电流成I正比:
(1-4)
比例系数 称为Peltier系数，也叫Peltier电势， 的大小与接点温度及热偶组成材料有关[11]，q是传输的电荷。Peltier效应是一个典型的接点现象，只有通过两种不同材料之间的连接才能体现出来。
随着热力学的发展，1955年汤姆逊发现了第三个与温度梯度有关的现象——汤姆逊效应[12]。不同于存在于两种不同导体串连成的回路中的Seebeck效应和Peltier效应，Thomson效应是存在于单一均匀材料中的热电转换现象。具体表现为在存在温度梯度的一段均匀导体中通过电流I时，原有的温度分布将被破坏。为了维持原有的温度分布，导体中除了产生和电阻有关的焦耳热以外，导体还将吸收或放出热量。这部分吸收或放出的热量成为Thomson热量。Thomson热与电流I和施加于电流方向上的温差ΔT成正比:
(1-5)
式中β为Thomson系数，对于系数为正的导体，将有放热的现象；反之,若Thomson系数为负，则将吸热。Thomson效应的成因与Peltier效应类似，都是因为载流子能量不同引起的，两者差异在于Thomson效应载流子能量不同源于温度梯度的存在，Peltier效应是源于构成回路的不同导体中载流子能级的不同。