温度计探头的原理根据其类型而有所不同。 热敏电阻利用半导体的电阻随温度变化而显著变化的特性进行测量。低温时电阻大，高温时电阻小，但温度与电阻的变化是非线性的。虽然它们也存在测量精度差、易受冲击等缺点，但它们的优点是灵敏度比铂电阻高出约10倍，这就是它们被广泛使用的原因。感温元件有NTC和PTC两种，NTC用于测温，PTC作为恒温传感器使用。
电阻温度计对所用金属的要求之一是其电阻值与温度之间必须具有良好的线性度，而铂金满足这一要求。即使在 JIS 中，也只规定了铂金。 铂金也更稳定，可以在更宽的温度范围内使用，但它具有价格昂贵和热响应慢等缺点。利用高纯度铂的电阻和温度之间的线性关系来测量温度。
热电偶利用了塞贝克效应。这是一种当两种不同的金属连接在一起且两个连接处保持在不同温度时产生热电电压的机制。它们价格相对便宜，热响应快，精度高，而且可以测量高温。 所用金属类型包括镍铬合金和镍铝合金的组合，以及铂铑和铂的组合。