Вначале он изучал по настоянию отца часовое производство, но затем с 1815 года всецело предался науке. Первые его работы были по анатомии мозга, но вскоре электричество стало главным предметом его занятий. Кроме того, Пельтье занимался наблюдением электрических явлений в атмосфере и пытался доказать опытным путём, что Земля представляет из себя тело, заряженное отрицательно, тогда как небесное пространство имеет некоторый положительный заряд. Ему же принадлежит открытие в 1834 году явления выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников, получившего название по его имени — «Эффект Пельтье». Приборы, принцип работы которых использует «Эффект Пельтье», называются Элементы Пельтье. В 1840 году он ввёл понятие электростатической индукции.
Список работ в «Catalogue of scientific papers. 1800—1863» 1870.