Ein Thermoelement entsteht, wenn zwei verschiedene Metalle an einer Stelle miteinander leitend verbunden werden. An den freien Enden des Thermoelementes kann dann die sogenannte Thermospannung gemessen werden. Die Thermospannung ist temperaturabhängig. Der Grund für die Entstehung einer Thermospannung liegt im sogenannten Seebeck-Effekt.
Nachfolgend ist das allgemeine Schaltsymbol des Thermoelementes dargestellt. Der dickere Schenkel markiert dabei immer den Minuspol.
Schaltsymbol Thermoelement:
Thermoelemente können zur Temperaturmessung genutzt werden.
Dazu wird ein Thermoelement an der Stelle befestigt, an welcher die Temperatur gemessen werden soll. An einer Vergleichsstelle wird die Thermospannung abgegriffen.
Je größer der Temperaturunterschied zwischen Messstelle und Vergleichsstelle, desto größer ist die Thermospannung. Dabei ist die Thermospannung Null, wenn Messstelle und Vergleichsstelle dieselbe Temperatur aufweisen.
Allgemein gilt für die Thermospannung 
:
Dabei ist 
die Messstellentemperatur, 
die Vergleichsstellentemperatur und 
eine Materialkonstante, die abhängig von der verwendeten Art des Thermoelementes ist. Zudem ist die Konstantetemperaturabhängig. Damit nimmt die Thermospannung nicht linear mit der Temperaturdifferenz zu. In weiten Temperaturbereichen kann sie aber als konstant angesehen werden.
Um Mithilfe obiger Formel die Temperatur an der Messstelle bestimmen zu können, muss zusätzlich die Temperatur an der Vergleichsstelle bekannt sein. Die Temperatur muss dort konstant gehalten werden, üblicherweise auf Raumtemperatur. Wenn Messstelle und Vergleichsstelle weiträumig getrennt sind, müssen spezielle Ausgleichsleitungen für die Verbindung verwendet werden. Diese müssen aus dem selben Material wie das verwendete Thermoelement sein. Ansonsten würden durch ungewollte Bildung weiterer Thermoelemente Messfehler entstehen. Dies gilt theoretisch auch für die eingesetzten Verbindungselemente. In der Praxis muss dies aber nicht zwangsläufig genau eingehalten werden. Ist davon auszugehen, dass im Bereich der Ausgleichsleitungen nur eine minimale Temperaturdifferenz zu erwarten ist, kann der entstehende Fehler vernachlässigt werden.
Es gibt verschiedene Termoelemente für unterschiedliche Temperaturbereiche.
In nachfolgender Tabelle sind die wichtigsten Thermoelemente und ihre Kennzeichnung aufgeführt:
| Thermopaar | Anwendungsbereich | Polarität | Typ | Kennfarbe | |
|---|---|---|---|---|---|
| Dauerbetrieb | Kurzzeitbetrieb | ||||
| Kupfer-Konstantan |
700 °C |
900 °C |
Kupfer+
Konstantan- |
T |
braun |
| Eisen-Konstantan |
700 °C |
900 °C |
Eisen+
Konstantan- |
J |
blau |
| Nickelchrom-Nickel |
1000 °C |
1300 °C |
Nickelchrom+
Nickel- |
K |
grün |
| Platinrhodium-Platin |
1500 °C |
1800 °C |
Platinrhodium+
Platin- |
S |
weiß |
Thermoelemente sind als Meterware erhältlich. Die beiden Thermoleiter sind miteinander verdrillt. Die Leitungen können dann entsprechend abgelängt und an der Seite, die an der Messtelle liegen soll, verschweißt werden. Außerdem gibt es noch sogenannte Mantelthermoelemente. Dabei werden ein oder auch zwei Thermopaare in ein Keramikpulver gepresst und dann von einem Metallmantel umgeben. Für die Kontaktierung wird eine zweiadrige Anschlussleitung verwendet, welche die entsprechenden Ausgleichsleitungen enthält. Das Mantelthermoelement ist vor chemischen und mechanischen Belastungen geschützt, aber trotzdem biegsam. Als Messstelle dient aber nach wie vor lediglich die äußerste Spitze des Thermoelementes, da dort die beiden Thermoleiter miteinander kontaktiert sind.