熱電偶溫度測量的基本原理是兩個不同材料的導體形成一個閉合回路。當兩端都有溫度梯度時，就會有電流通過回路。此時，兩端之間存在電動勢——熱電電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。
含有兩種不同成分的均勻導體是熱電電極。高溫端為工作端，低溫端為自由端。自由端通常處于恒定溫度。根據熱電動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，只要材料的兩個觸點的溫度相同，熱電偶產生的熱電勢將保持不變，也就是說，它不會受到連接到電路的第三種金屬的影響。因此，當熱電偶測量溫度時，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。
熱電偶測量溫度時，要求其冷端（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，其熱電勢與被測溫度有一定的比例關系。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造成的影響，稱為熱電偶冷端補償正常。與測量儀器連接的專用補償線。