熱電偶溫度傳感器實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，并利用所產生的熱電勢測量溫度。熱電偶是一種直接測量溫度的儀表，將溫度信號轉換為熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。
熱電偶分為度表和自由端。度表是測量介質的溫度，分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。
熱電偶的測量誤差主要受以下因素影響：插入深度、響應時間、熱阻抗增加、熱輻射。在選擇熱電偶測溫點時，應考慮測溫點的典型性和代表性，以保證測量與控制的意義。熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶溫度傳感器與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。
接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。
熱電偶的測量端直徑也是其主要因素。偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。在高溫下使用的熱電偶溫度傳感器，如果被測介質為氣態，那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護管的熱阻抗增大；如果被測介質是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間，而且還使指示溫度偏低。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經常抽檢也是必要的。
例如，進口銅熔煉爐，不僅安裝有連續測溫熱電偶溫度傳感器，還配備消耗型熱電偶測溫裝置，用于及時校準連續測溫用熱電偶的準確度。插入爐內用于測溫的熱電偶溫度傳感器，將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產生測溫誤差。一般情況下，為了減少熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度盡可能接近熱電偶的溫度。另外，熱電偶安裝位置，應盡可能避開從固體發出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面；熱電偶好帶有熱輻射遮蔽套。
