由于熱電偶本身是溫度傳感元件和主要儀器，它可以直接測量溫度，并有效地將溫度信號直接轉換為熱電動勢信號，然后使用電氣儀器將其轉換為被測介質的溫度。熱電偶測溫的主要原理是將兩個材料完全不同的導體組合成一個閉合回路。當兩端之間存在溫度梯度時，電流將通過回路。此時，兩端都會有電動勢，這就是我們通常所說的熱電電動勢，也就是專業術語中的塞貝克效應。
兩個部件完全不同的導體屬于熱電極。工作端在高溫端，自由端在低溫端。在正常情況下，自由端處于恒定溫度。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制作了熱電偶分度表，但分度表必須在自由端為零的條件下得到，不同熱電偶得到的分度表也不同。第三種金屬的材料可以直接連接到熱電偶的回路。當該材料的兩個觸點處于相同溫度時，熱電偶產生的熱電勢也將保持不變，這意味著回路不會因第三種金屬的連接而改變。然后，在測量熱電偶溫度時，可以直接連接測量儀器，測量熱電動勢后，終可以得到被測介質的不同溫度。