ترموکوپل از دو سیم فلزی متفاوت ساخته می‌شود. این دو سیم به هم متصل می‌شوند تا اتصال سنجشگر دما را بسازند. هر سیم از یک فلز یا آلیاژ فلزی خاص ساخته می‌شود.
به‌عنوان مثال، هادی مثبت (+) ترموکوپل نوع K از آلیاژ کروم/نیکل (کرومل) و هادی منفی آن (-) از آلیاژ آلومینیوم/نیکل (آلومل) ساخته می‌شود. سیمی که در ساخت ترموکوپل بکار می‌رود سیم ترموکوپل نامیده می‌شود.
همان‌طور که در شکل زیر دیده می‌شود، وقتی اتصال سنجشگر (اتصال داغ) در دمای متفاوتی از اتصال مرجع (اتصال سرد) قرار دارد،
به علت اثر سیبک (اثر ترموالکتریک)، ولتاژی در مدار ترموکوپل تولید می‌شود.
این اثر را می‌توان همچون باتری کوچکی فرض کرد که ولتاژ خروجی آن متناسب با دمای اتصال سنجشگر است.
ولتاژ تولیدی در مقیاس میلی‌ولت (mV) است؛ البته، اندازۀ ولتاژ در هر نوع ترموکوپل فرق دارد. ولتاژ توسط دستگاه‌های الکترونیکی که آن را به دما تبدیل می‌کنند، اندازه‌گیری می‌شود.