トムソン効果とは、ゼーベック効果、ペルチェ効果の3つの可逆熱電現象（単に熱電効果として知られることが多い）のうちの1つである。 1851年、ウィリアム・トムソン（後のケルビン卿）は、熱力学的な推論から、熱電回路には接合部以外にも起電力が存在すると結論づけました。 特に、温度勾配があると、単一導体内に起電力が発生することを予言した。 この予測の真偽は、図に示すような実験によって証明された。

この実験では、U字型に曲げた鉄の棒に電流を流している。 Uの字の両側には図のように抵抗R1とR2が巻かれている。 これは、平衡ホイートストンブリッジの2つのアームを形成しています。 そして、U字の底を加熱する。 この結果、ブリッジは、R1の抵抗値がR2の抵抗値よりも大きくなるような方向でアンバランスになる。 明らかに、R1で熱が放出され、R2で熱が吸収されている。

熱の吸収は、電流と同じ方向に起電力が働いている証拠であり、つまり、環境の熱エネルギーを犠牲にして電気エネルギーが回路に供給されていることを意味します。 AB区間はそのような状態である。 同様に、AC区間では、電流は熱起電力によって対抗し、その結果、電気エネルギーは熱エネルギーに変換される。 鉄の場合、トムソン起電力によって、高温部から低温部へと電流が流れる。鉄のほか、ビスマス、コバルト、ニッケル、白金など、多くの金属が同じ性質を示し、「負のトムソン効果」と呼ばれている。 また、アンチモン、カドミウム、銅、銀などの金属は、正のトムソン効果を示し、トムソン起電力の方向が、金属内で冷たい領域から熱い領域へと電流を流すような性質がある。 鉛の場合、トムソン効果はゼロである。 ある種の金属では、温度が上がると、あるいは結晶構造が変化すると、その効果は符号を反転させる。

ある材料aのトムソン起電力の大きさはトムソン係数σaで表され、これは起電力/度の大きさを持っている。 したがってσa dtは、温度がdt℃異なる2点間に存在する起電力である。 したがって、Iアンペアの電流が材料を通過するとき、温度t1とt2の2点間でそれぞれ1秒間に吸収される熱量は、

Heat absorbed/sec = I σσa dt – I 2R

トムソン係数σaは正（負）トムソン効果を示す材料で正（負）になっています。 上式の項は、不完全な導体に電流を流したときに必ず発生するジュール熱のことです。 トムソン効果とは関係ないが、念のため式に含めている。