热电偶温度传感器属于接触式温度传感器，也是一种热电型温度传感器。将物理量温度转换为电势信号，此信号比较微弱属于毫伏级电势信号。最后要配温控仪表或变送器才能实现温度测量及温度信号转换。其原理很简单，基本原理是热电效应。把两种不同材料的导体首尾相连，只要两个节点的温度不同，在此回路中即可产生热电势，则形成热电流，这就是热电效应。
一支成型的热电偶，它只焊接了一个节点，也就是其工作端或测量端，也称为热端。未焊接的一端也就是其接线处，称之为自由端或参考端，也称为冷端。因此。只要热端与冷端之间温差越大，其输出的热电势越大，将数字万用表串联在回路中，就能明显看到电势在不断的变化。
上面说到其用到两种不同材料的导体首尾相连，当两种导体接触时，导体内的电子会电子会扩散。又因为导体内的自由电子密度不同，所以导体内自由电子密度高的会向电子密度低的导体扩散。于是，导体内自由电子密度高的失去电子而带正电位，得到扩散过来的自由电子导体而带负电位。当扩散达到动态平衡时，在回路中就有电位差形成，也就是接触电动势。由此可知，当工作端的温度越高，导体内自由电子扩散会越剧烈，达到新的动态平衡时回路中的电位差也越高。总得来说，热电偶的总电动势不仅与导体内自由电子密度有关，还与两个节点的温度有关，而导体内自由电子密度又取决于导体材料的特性。