เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยสายโลหะต่างชนิดสองเส้นที่ต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อการวัดอุณหภูมิ การให้ความร้อนที่จุดเชื่อมต่อของโลหะทั้งสองชนิดจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่เรียกว่ากระแสไฟฟ้าซีเบค เมื่อความร้อนถ่ายเทจากปลายที่ร้อนไปยังปลายที่เย็นกว่า อิเล็กตรอนภายในโลหะทั้งสองชนิดจะสร้างกระแสไฟฟ้า
เพื่อให้เทอร์โมคัปเปิลทำงานได้อย่างถูกต้อง โลหะหนึ่งต้องมีประจุบวกและอีกโลหะหนึ่งมีประจุลบ ตัวอย่างจะเป็นทองแดงที่มีประจุบวกบนลวดเส้นหนึ่งและมีนิกเกิลที่มีประจุลบอยู่อีกเส้นหนึ่ง
กระแสไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกมีขนาดเล็กมาก โดยทั่วไปวัดเป็นไมโครโวลต์ แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวจะถูกแปลงเป็นค่าอุณหภูมิ การอ่านค่าเทอร์โมคัปเปิลมีความแม่นยำมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่อุปกรณ์เหล่านี้จึงมีค่าในแอปพลิเคชันเฉพาะต่างๆ มากมาย
