צמד תרמי מורכב משני חוטי מתכת לא דומים המתחברים יחד ליצירת צומת מדידת טמפרטורה. חימום נקודת החיבור של שתי המתכות יוצר זרם תרמו-אלקטרי המכונה זרם Seebeck. כאשר החום עובר מהקצה החם לקצה הקריר יותר, האלקטרונים בתוך המתכות יוצרים חשמל.
כדי שצמד תרמי יתפקד כראוי, מתכת אחת חייבת להיות בעלת מטען חיובי והשניה בעלת מטען שלילי. דוגמה לכך תהיה נחושת בעלת מטען חיובי על חוט אחד וניקל בעל מטען שלילי בצד השני.
זרמים תרמו-אלקטריים הם זעירים, בדרך כלל נמדדים במיקרו-וולט. המתח הזה מתורגם לקריאת טמפרטורה. קריאות צמד תרמי יכולות להיות די מדויקות, וזו הסיבה שהמכשירים הללו מחזיקים ערך בכל כך הרבה יישומים ייחודיים.
