Die Thermovoltaik ist das Arbeitsgebiet der Physik, das sich mit der direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie befasst.
Wenn zwei unterschiedliche Metalle oder Halbleiter miteinander kontaktiert werden, entsteht je nach deren Stellung in der thermoelektrischen Spannungsreihe meist ein thermoelektrischer Potenzialunterschied. Am anderen Ende der Paarung kann dann eine elektrische Spannung gemessen werden, wenn die Kontakt- und die Messstelle unterschiedliche Temperaturen aufweist (Thermoelement). Diese geringe Thermospannung (einige µV/K Temperaturdifferenz) ist bei Belastung oder Kurzschluss mit einem verhältnismäßig hohen Strom verbunden, wenn/weil der Stromweg einen entsprechenden Querschnitt bzw. elektrischen Widerstand aufweist. Auf diese Weise fanden sich Anwendungen, die über die bloße Temperaturmessung hinausgehen.
Während die elektrische Leerlaufspannung (Thermokraft) annähernd proportional zur Temperaturdifferenz ist, wird der elektrische Strom bei Kurzschluss eines Thermoelementes neben der Temperaturdifferenz durch den Leiter-Querschnitt bestimmt. Die Wärmeleitung entlang der Temperaturdifferenz wird selbst bei den geeignetsten Paarungen nur zu einem kleinen Teil durch den elektrischen Strom übernommen. Daher steigt bei Thermogeneratoren die nutzbare elektrische Leistung annähernd mit dem Quadrat des Wärmestromes bzw. der Wärmeleistung an. Strom und Spannung sind hingegen jeweils grob angenähert proportional zum Wärmestrom.[1][2]