שני מוליכים בהרכבים שונים (הנקראים תיל תרמי או תרמוד) מחוברים בשני הקצוות ליצירת לולאה. כאשר הטמפרטורה של שני הצמתים שונה, יווצר כוח אלקטרו-מוטיבי בלולאה. תופעה זו נקראת האפקט התרמו-אלקטרי, וכוח אלקטרו-מוטיבי זה נקרא פוטנציאל תרמו-אלקטרי. צמדים תרמיים משתמשים בעיקרון זה כדי למדוד טמפרטורה. ביניהם, קצה אחד המשמש ישירות למדידת הטמפרטורה של המדיום נקרא קצה העבודה (נקרא גם קצה המדידה), והקצה השני נקרא הקצה הקר (נקרא גם קצה הפיצוי); הקצה הקר והתצוגה המונה או המונה התומך מחוברים, ומד התצוגה יצביע על הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי.
צמד תרמי הוא למעשה ממיר אנרגיה הממיר אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית ומודד את הטמפרטורה עם הפוטנציאל התרמואלקטרי שנוצר. לגבי הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של צמד תרמי, יש לשים לב לבעיות הבאות:
1. הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של הצמד התרמי הוא ההפרש של פונקציית הטמפרטורה של שני הקצוות של קצה העבודה של הצמד התרמי, לא הפונקציה של הפרש הטמפרטורה בין הקצה הקר לקצה העבודה של הצמד התרמי.
2. לגודל הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי, כאשר החומר של הצמד התרמי אחיד, אין כל קשר לאורכו ולקוטר של הצמד התרמי, אלא רק להרכב החומר התרמי ולהפרש הטמפרטורה בין שני קצוות.
3. כאשר נקבע הרכב החומר של שני חוטי הצמד התרמי של הצמד התרמי, הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של הצמד התרמי קשור רק להפרש הטמפרטורה של הצמד התרמי; אם הטמפרטורה של הקצה הקר של הצמד התרמי נשמרת קבועה, הפוטנציאל התרמו-אלקטרי של הצמד התרמי הוא רק פונקציה חד ערכית של טמפרטורת קצה העבודה. לרתך שני מוליכים או מוליכים למחצה A ו-B מחומרים שונים ליצירת מעגל סגור. כאשר יש הפרש טמפרטורה בין שתי נקודות ההידבקות 1 ו-2 של המוליכים A ו-B, נוצר כוח אלקטרו-מוטורי בין השניים, וכך נוצר זרם גדול וקטן במעגל. צמדים תרמיים משתמשים באפקט הזה כדי לעבוד.
