Le fonctionnement du thermocouple se base sur un phénomène appelé effet thermoélectrique Seebeck. Ce phénomène se manifeste par l’apparition d’une tension électrique au sein d’un circuit ouvert composé de deux matériaux conducteurs de natures différentes lors d’une variation de température. La tension obtenue est convertie en température grâce au coefficient Seebeck en fonction du type de thermocouple. Les précautions à prendre pour un fonctionnement optimal des thermocouples sont le choix du type adéquat selon l'application, le type de jonction et la prise en compte des perturbations électromagnétiques.

Il existe plusieurs sortes de thermocouples qui offrent différentes plages de mesure de température et s’adaptent à plusieurs types d’applications. La sélection du type de sonde thermocouple appropriée dépend de l’environnement dans lequel elle sera utilisée et du budget alloué à l’achat. Les 8 types de capteurs thermocouples principalement utilisés sont couverts par la norme européenne CEI 60584.1. Certains types sont constitués de métaux communs et sont donc peu coûteux. Les types B, R et S sont conçus à partir de métaux précieux tel que le platine, ce qui rend leur prix plus élevé.

Si le thermocouple est le type de capteur le plus répandu dans l’industrie, c’est en grande partie parce qu’il permet de mesurer une grande amplitude de températures. Selon les types, il peut mesurer des températures de -200 °C à 1 800 °C. Les thermocouples capables de mesurer de très basses températures sont les types K, J, T et N. Pour les hautes températures, on utilise les types N, S, R et B. Pour choisir un thermocouple adapté à une application précise, il faut que la plage de température à mesurer et la plage de mesure du type de thermocouple coïncident.

Ce que l’on appelle étalonnage ou calibrage du thermocouple est une procédure consistant à vérifier que la tension indiquée sur le voltmètre de la sonde thermique correspond à la bonne température dans la table de conversion. Pour cela, le point de mesure doit être à une température connue avec certitude. Les tests permettant de vérifier l’exactitude de la sonde sont réalisés sur différents points de sa plage de mesure. Si les résultats indiquent un décalage entre la tension et la température correspondante dans la table de conversion, un coefficient correctif doit être ajouté lors des utilisations du capteur. Des valeurs erronées peuvent signifier qu’un élément de la sonde est endommagé, comme le capteur lui-même, le connecteur ou l’enregistreur.