To ledere af forskellig sammensætning (kaldet termoelementtråde eller termoelektroder) er forbundet i begge ender for at danne et kredsløb. Når temperaturerne på de to kryds er forskellige, genereres en elektromotorisk kraft i kredsløbet. Dette fænomen kaldes den termoelektriske effekt, og denne elektromotoriske kraft kaldes det termoelektriske potentiale. Termoelementer anvender dette princip til temperaturmåling. Den ende, der bruges direkte til at måle temperaturen på mediet, kaldes arbejdsenden (også kaldet måleenden), og den anden ende kaldes den kolde ende (også kaldet kompensationsenden). Den kolde ende er forbundet med et displayinstrument eller et matchende instrument, som angiver det termoelektriske potentiale, der genereres af termoelementet.
Et termoelement er i det væsentlige en energikonverter, der omdanner termisk energi til elektrisk energi, ved at bruge det genererede termoelektriske potentiale til at måle temperatur. Følgende punkter skal bemærkes med hensyn til termoelektriske potentiale for et termoelement:
1. Et termoelements termoelektriske potentiale er en funktion af temperaturforskellen mellem de to ender af termoelementets arbejdsende, ikke en funktion af temperaturforskellen mellem den kolde ende og arbejdsenden;
2. Størrelsen af det termoelektriske potentiale, der genereres af et termoelement, er, når termoelementmaterialet er ensartet, uafhængigt af termoelementets længde og diameter og kun relateret til sammensætningen af termoelementmaterialet og temperaturforskellen mellem de to ender;
3. Når først materialerne i de to termoelementtråde er bestemt, er størrelsen af termoelementets termoelektriske potentiale kun relateret til termoelementets temperaturforskel. Hvis temperaturen i den kolde ende af termoelementet holdes konstant, er termoelementets termoelektriske potentiale en enkelt-vurderet funktion af arbejdsendetemperaturen. To ledere eller halvledere A og B af forskellige materialer svejses sammen for at danne et lukket kredsløb. Når der er en temperaturforskel mellem de to forbindelser 1 og 2 af lederne A og B, genereres der en elektromotorisk kraft mellem dem, hvilket danner en strøm i kredsløbet. Termoelementer virker ved at udnytte denne effekt.
