熱電偶溫度測量的基本原理是，兩個具有不同組件的材料導體構成一個閉合回路。當兩端之間存在溫度梯度時，電流將通過電路，并在兩端之間產生電動勢——熱電電動勢，稱為熱電電動勢。這兩種成分不同的均勻導體是熱電電極。高溫端為工作端，低溫端為自由端。自由端通常處于恒溫狀態。根據熱電勢與溫度的函數關系，制作了熱電偶分度表；當自由端溫度為0℃時，得到分度表，不同的熱電偶有不同的分度表。
當第三種金屬材料連接到熱電偶電路時，只要材料的兩個接頭具有相同的溫度，熱電偶產生的熱電勢將保持不變，即不會受到第三種金屬連接到電路的影響。因此，當使用熱電偶測量溫度時，可以連接測量儀器，測量熱電動勢后可以知道被測介質的溫度。測量溫度時，要求熱電偶保持冷端（測量端為熱端，通過導線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度不變，使其熱電勢與測量溫度成正比。如果在測量過程中冷端（環境）溫度發生變化，將嚴重影響測量。在冷端采取一定措施補償冷端溫度變化的影響，稱為熱電偶正常冷端補償。用于連接測量儀器的特殊補償導線。