熱電偶溫度傳感器屬于接觸式溫度傳感器，也是一種熱電型溫度傳感器。將物理量溫度轉換為電勢信號，此信號比較微弱屬于毫伏級電勢信號。最后要配溫控儀表或變送器才能實現溫度測量及溫度信號轉換。其原理很簡單，基本原理是熱電效應。把兩種不同材料的導體首尾相連，只要兩個節點的溫度不同，在此回路中即可產生熱電勢，則形成熱電流，這就是熱電效應。

一支成型的熱電偶，它只焊接了一個節點，也就是其工作端或測量端，也稱為熱端。未焊接的一端也就是其接線處，稱之為自由端或參考端，也稱為冷端。因此。只要熱端與冷端之間溫差越大，其輸出的熱電勢越大，將數字萬用表串聯在回路中，就能明顯看到電勢在不斷的變化。

上面說到其用到兩種不同材料的導體首尾相連，當兩種導體接觸時，導體內的電子會電子會擴散。又因為導體內的自由電子密度不同，所以導體內自由電子密度高的會向電子密度低的導體擴散。于是，導體內自由電子密度高的失去電子而帶正電位，得到擴散過來的自由電子導體而帶負電位。當擴散達到動態平衡時，在回路中就有電位差形成，也就是接觸電動勢。由此可知，當工作端的溫度越高，導體內自由電子擴散會越劇烈，達到新的動態平衡時回路中的電位差也越高。總得來說，熱電偶的總電動勢不僅與導體內自由電子密度有關，還與兩個節點的溫度有關，而導體內自由電子密度又取決于導體材料的特性。