汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差。这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。
原理如下：
首先需要抽取温度较高的海洋表层水，将热交换器里面沸点很低的工作流体（working fluid，如氨、氟利昂等）蒸发气化，然后推动涡轮发电机而发出电力；再把它导入另外一个热交换器，利用深层海水的冷度，将它冷凝而回归液态，这样就完成了一个循环。周而复始的工作。
在热交换技术平台，目前有封闭式循环系统、开放式循环系统、混合式循环系统等，其中以封闭式循环系统技术较成熟。而在地点的设置上，则有岸基式、离岸式差别。
通常海水表面温度约在摄氏20余度，为了有足够的温差进行发电，通常冷水管〈也就是引深层海水的那条管子〉深度要达到海平面下1,000米深。
在北回归线地区表面海水温度约23至28度，1,000米深处温度仅约4度。例如台湾东部海底地形陡峭，离海岸不远处海水深度即达1,000米（某些地点在离海岸3到4公里处即达1,000米），因此适合此发电法。
岸基式海水温差发电法中最为关键的技术就是冷水管，首先，它必须深入海平面下约1,000米的深处，第二，它的管径必须够大，才能引入较多海水确保发电效率。 离岸式海水温差发电法，则较无深海抽水问题，但需要锚定海上作业平台与海底电缆。
优点
1、不消耗任何燃料；
2、无废料；
3、不会制造空气污染、水污染、噪音污染；
4、整个发电过程几乎不排放任何温室气体，例如二氧化碳；
5、全年且一天中所有时间段皆可发电，十分稳定。
1、温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件。将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率I2RL，因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。
2、当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热。热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头。排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和。对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热。设在系统中所产生的焦耳热I2Ri中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是珀尔帖热Ph、由于热传递迁移到冷端的热PT和交还给热源的焦耳热 三部分组成， 即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比。要想得到优值高的温差电材料，只有提高其塞贝克系数和电导率，降低其热导率。但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率，互相是关联的。
