热电偶测温的基本原理是两种不同材料的导体形成一个闭环。当两端有温度梯度时，回路中就会有电流。此时，两端之间就会产生电动势——温差电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同组分的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于恒温状态。根据热电动势与温度的函数关系，制作了热电偶分度仪。分度仪是在自由端温度为0℃的条件下得到的，不同的热电偶有不同的分度仪。
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温度相同，热电偶产生的热电势就会保持不变，即不受第三种金属接入电路的影响。因此，在热电偶测温时，可以借助测量仪器，测得热电动势，就可以知道被测介质的温度。热电偶测温要求冷端(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，温差电势的大小与被测温度成正比。如果测量时冷端(环境)温度发生变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一些措施来补偿冷端温度变化所造成的冲击称为热电偶冷端补偿正常。专用补偿导线，用于与测量仪器连接。