Deux alliages métalliques sont réunis pour former une jonction. Une partie de la jonction est placée sur une source dont la température est à mesurer, tandis que l'autre extrémité est maintenue à une référence constante via une source de température. La source de température est généralement un capteur de température à l'état solide, bien que les plus âgés utilisent un bain d'eau glacée.
Un des facteurs de sensibilité à la température est le genre de combinaisons métalliques utilisés. Une combinaison de nickel-nickel a une plage de température de -50 à 1410 degrés Celsisus, tandis qu'un rhénium-rhénium peut mesurer de 0 à 2315 degrés Celsisus. Chromel-alumel, cuivre-constantan, et le fer-constantan sont les plus communs.