電偶必需是由兩種性質不同但契合一定要求的導體（或半導體）材料構成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。

將兩種不同資料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因此在回路中構成一個大小的電流,這 種現象稱為熱電效應。熱電偶就是應用這一效應來工作的。

溫差電勢是指同一導體的兩端因溫度不同而產生的電勢，不同的導體具有不同的電子密度，所以他們產生的電勢也不相同，而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產生一定的電子擴散，當他們達到一定的平衡后所形成的電勢，接觸電勢的大小取決于兩種不同導體的材料性質以及他們接觸點的溫度。目前國際上應用的熱電偶具有一個標準規范，國際上規定熱電偶分為八個不同的分度，分別為B，R，S，K，N，E，J和T，其測量溫度的低可測零下270攝氏度，高可達1800攝氏度，其中B，R，S屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。

熱電偶的結構有兩種，普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護套管和接線盒等部分組成，而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護套管三者組合裝配后，經過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。

熱電偶的電信號需要一種特殊的導線來進行傳遞，這種導線我們稱為補償導線。不同的熱電偶需要不同的補償導線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩定。補償導線又分為補償型和延長型兩種，延長導線的化學成分與被補償的熱電偶相同，但是實際中，延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。補償導線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補償導線的紅色線，而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線的材質大部分都采用銅鎳合金。