热电偶温度测量的基本原理是两个不同材料的导体形成一个闭合回路。当两端都有温度梯度时，就会有电流通过回路。此时，两端之间存在电动势——热电电动势，这就是所谓的塞贝克效应。
含有两种不同成分的均匀导体是热电电极。高温端为工作端，低温端为自由端。自由端通常处于恒定温度。根据热电动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，只要材料的两个触点的温度相同，热电偶产生的热电势将保持不变，也就是说，它不会受到连接到电路的第三种金属的影响。因此，当热电偶测量温度时，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。
热电偶测量温度时，要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势与被测温度有一定的比例关系。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造成的影响，称为热电偶冷端补偿正常。与测量仪器连接的专用补偿线。