必须有两种不同的导体材料，称为“热电偶”。不同材料制成的热电偶不同的温度范围内使用，其灵敏度也不同。热电偶的灵敏度是指热点温度变化1℃时输出电位差的变化。对于大多数金属支撑热电偶，该值5到40微伏/摄氏度之间。

热电偶传感器有其自身的优缺点，其灵敏度相对较低，易受环境干扰信号的影响，也易受前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的厚度无关，所以也可以用非常细的材料制成。由于制作热电偶的金属材料具有良好的延展性，这种微小的测温元件具有很高的响应速度，可以测量快速变化的过程。