Μετατρέπεται σε σήμα θερμοηλεκτρικής δύναμης και μετατρέπεται στη θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου μέσω ενός ηλεκτρικού οργάνου (δευτερεύον όργανο). Η βασική αρχή της μέτρησης της θερμοκρασίας του θερμοστοιχείου είναι ότι δύο αγωγοί διαφορετικών εξαρτημάτων σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο. Όταν υπάρχει μια διαβάθμιση θερμοκρασίας και στα δύο άκρα, ένα ρεύμα θα ρέει μέσω του βρόχου. Αυτή τη στιγμή, θα υπάρχει μια ηλεκτροκινητική δύναμη-θερμοηλεκτρική δύναμη μεταξύ των δύο άκρων. Αυτό είναι το λεγόμενο φαινόμενο Seebeck. Δύο ομοιογενείς αγωγοί με διαφορετικές συνθέσεις είναι τα θερμοηλεκτρόδια, το άκρο με υψηλότερη θερμοκρασία είναι το άκρο εργασίας, το άκρο με χαμηλότερη θερμοκρασία είναι το ελεύθερο άκρο και το ελεύθερο άκρο είναι συνήθως σε μια ορισμένη σταθερή θερμοκρασία. Σύμφωνα με τη λειτουργική σχέση μεταξύ της θερμοηλεκτρικής δύναμης και της θερμοκρασίας, δημιουργείται ένας πίνακας δείκτη θερμοστοιχείων. ο πίνακας δεικτών λαμβάνεται όταν η θερμοκρασία ελεύθερου άκρου είναι στους 0℃ και διαφορετικά θερμοστοιχεία έχουν διαφορετικούς πίνακες ευρετηρίου.
Όταν το τρίτο μεταλλικό υλικό είναι συνδεδεμένο στο κύκλωμα θερμοστοιχείου, εφόσον η θερμοκρασία των δύο ενώσεων του υλικού είναι ίδια, το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που δημιουργείται από το θερμοστοιχείο θα παραμείνει αμετάβλητο, δηλαδή δεν θα επηρεαστεί από το τρίτο μέταλλο στο κύκλωμα. Επομένως, όταν το θερμοστοιχείο μετρά τη θερμοκρασία, το όργανο μέτρησης μπορεί να συνδεθεί και αφού μετρηθεί η θερμοηλεκτρική δύναμη, μπορεί να γίνει γνωστή η θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου.
