熱電偶測溫的基本原理是兩種不同材料的導體形成一個閉環。當兩端有溫度梯度時，回路中就會有電流。此時，兩端之間就會產生電動勢——溫差電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同組分的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于恒溫狀態。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制作了熱電偶分度儀。分度儀是在自由端溫度為0℃的條件下得到的，不同的熱電偶有不同的分度儀。
當第三種金屬材料連接到熱電偶電路時，只要材料的兩個觸點溫度相同，熱電偶產生的熱電勢就會保持不變，即不受第三種金屬接入電路的影響。因此，在熱電偶測溫時，可以借助測量儀器，測得熱電動勢，就可以知道被測介質的溫度。熱電偶測溫要求冷端(測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變，溫差電勢的大小與被測溫度成正比。如果測量時冷端(環境)溫度發生變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一些措施來補償冷端溫度變化所造成的沖擊稱為熱電偶冷端補償正常。專用補償導線，用于與測量儀器連接。