必須有兩種不同的導體材料，稱為“熱電偶”。不同材料制成的熱電偶不同的溫度范圍內使用，其靈敏度也不同。熱電偶的靈敏度是指熱點溫度變化1℃時輸出電位差的變化。對于大多數金屬支撐熱電偶，該值5到40微伏/攝氏度之間。

熱電偶傳感器有其自身的優缺點，其靈敏度相對較低，易受環境干擾信號的影響，也易受前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的厚度無關，所以也可以用非常細的材料制成。由于制作熱電偶的金屬材料具有良好的延展性，這種微小的測溫元件具有很高的響應速度，可以測量快速變化的過程。