热电偶温度测量的基本原理是，两个具有不同组件的材料导体构成一个闭合回路。当两端之间存在温度梯度时，电流将通过电路，并在两端之间产生电动势——热电电动势，称为热电电动势。这两种成分不同的均匀导体是热电电极。高温端为工作端，低温端为自由端。自由端通常处于恒温状态。根据热电势与温度的函数关系，制作了热电偶分度表；当自由端温度为0℃时，得到分度表，不同的热电偶有不同的分度表。
当第三种金属材料连接到热电偶电路时，只要材料的两个接头具有相同的温度，热电偶产生的热电势将保持不变，即不会受到第三种金属连接到电路的影响。因此，当使用热电偶测量温度时，可以连接测量仪器，测量热电动势后可以知道被测介质的温度。测量温度时，要求热电偶保持冷端（测量端为热端，通过导线与测量电路连接的端称为冷端）的温度不变，使其热电势与测量温度成正比。如果在测量过程中冷端（环境）温度发生变化，将严重影响测量。在冷端采取一定措施补偿冷端温度变化的影响，称为热电偶正常冷端补偿。用于连接测量仪器的特殊补偿导线。