Схема ОТЭС на термоэлектрических преобразователях показана на рис. 7.24.
Рисунок 7.24 – Схема ОТЭС с прямым преобразованием тепловой энергии в электрическую:
а – устройство отдельного блока; б, в – варианты устройства термоэлектрического преобразователя;
1 – кожух; 2 – термоэлектрический генератор; 3 – полупроводниковые элементы с n- и p- проводимостью; 4 – поверхностное изолирующее покрытие; 5 – изолятор; 6 – соединительные шины
В основе ее действия – явление Зеебека, заключающееся в возникновении разности потенциалов в электрической цепи, составленной из материалов с различной концентрацией носителе й заряда, места соединений которых нагреты до разных температур. Величину этой разности потенциалов можно определить по известной формуле:
, (7.46)
где 
– постоянная Больцмана; 
– заряд электрона; 
и 
, – концентрации носителей (электронов в проводниках, электронов и дырок в полупроводниках); 
– разность температур между нагреваемыми и охлаждаемыми спаями (соединениями) разнородных электропроводящих материалов.
Действие такой системы полностью описывается законами термодинамики, справедливыми для обычных ОТЭС. КПД такого преобразователя, выполненного на полупроводниковых элементах, достигает 10%. Это значительно больше, чем у систем, работающих по циклу Ренкина и Клода. Кроме того, в системах таких ОТЭС к минимуму могут быть сведены потери на собственные нужды станции. Величина термо-ЭДС для полупроводниковых пар может достигать нескольких милливольт на градус (для металлических термопар они примерно в 1000 раз ниже). Например, постоянная Зеебека для кристаллов теллурида висмута с 
– и 
–проводимостью равна 3,14·10-4 B/K. Другое достоинство полупроводниковых систем – возможность обеспечения достаточно высокой теплоизоляции между нагревателем и холодильником, что сильно влияет на КПД систем.
К недостаткам таких систем относятся достаточно высокая стоимость материалов, из которых изготовляются элементы, и необходимость изолировать спаи от непосредственного контакта с морской водой – происходит шунтирование через воду соседних элементов, обладающих достаточно высоким собственным сопротивлением, и, следовательно, снижение мощности, выдаваемой в цепь нагрузки. В свою очередь, изолирование спаев приводит к удорожанию преобразователей и ухудшению их показателей. Работы, выполненные группой исследователей из университета Осаки (Япония), показывают, что при отсутствии изолятора в несколько раз увеличивается съем полезной мощности. Однако при этом необходимо иметь в виду, что в опытах японских исследователей в качестве носителя энергии использовалась не сама морская вода, а фторуглеродистые соединения. Как отмечают сами исследователи, возможно применение и дистиллированной воды. Таким образом, увеличения съема энергии достигают за счет введения промежуточного подогрева и охлаждения вспомогательного теплоносителя, что снижает эксплуатационные показатели преобразователя и увеличивает его материалоемкость. На выходные параметры термоэлектрических преобразователей, кроме разности температур, влияют условия теплообмена.
ОТЭС, созданные на описанном принципе, вероятно, можно применить для обеспечения электроэнергией комплексов подводной добычи полезных ископаемых на океанском дне.