Ha két, különböző fémből vagy ötvözetből álló elektromos vezetőt egyik végükön összeforrasztanak, és a forrasztási hely, valamint a vezetők másik vége eltérő hőmérsékleten van, akkor feszültség különbséget tudunk mérni a két vezető között (termofeszültség). (A jelenséget 1821-ben Seebeck fedezte fel, Seebeck effektus.) Ezt a termoelektromos feszültséget a termoelemekben hőmérséklet mérésére használják. Termoelemek sorba kapcsolásával fokozható a feszültség (az ilyen eszköz a termooszlop, infravörös fotométerekben detektorként is alkalmazzák). A jelenség fordítva is működik: ha áramot bocsátunk át ilyen rendszeren, a vezetők két vége között hőmérsékletkülönbség keletkezik (Peltier effektus). Ezt hasznosítják hűtésre az ún. Peltier elemekkel, amelyeket ma már félvezetőkből készítenek.

A termoelemekkel végzett hőmérsékletmérés a gyakorlatban úgy történik, hogy a mérendő hőmérsékletű térben lévő termoelem vezetékeinek másik végét, ahol a réz mérővezetékek csatlakoznak, egy állandó hőmérsékletű referenciatérben helyezik el. Ipari alkalmazásoknál ez egy elektronikus termosztát 50 ° C hőmérséklettel. A másik megoldás, hogy a mérendő hőmérsékletű térben lévő termoelem egyik vezetékét összekötjük a referencia hőmérsékleten lévő ugyanolyan termoelem azonos vezetékével. Ezután a két termoelem szintén azonos vezetékeire csatlakoztatjuk a mérőműszert réz vezetékekkel. Ezeken a helyeken is felléphet termofeszültség, ami meghamisítja az eredményeket, ezért biztosítani kell e két csatlakozás azonos hőmérsékletét is (T₃). Ez a gyakorlatban szinte mindig megvalósul, mert a vezetékek szorosan egymás mellett vannak. A lehetséges megoldásokat mutatja az alábbi ábra. A gyakorlaton mi a b megoldást alkalmazzuk. Szűkebb hőmérsékletintervallumban és kevésbé igényes mérések esetében elegendő a hőmérséklet és a termofeszültség kapcsolatát lineárisnak tekinteni.