Termočlen nastane s povezovanjem dveh različnih vodnikov. Ko sta merilni in referenčni spoj pri različnih temperaturah, se ustvari termoelektrična sila (EMS). Merilni spoj je del spoja termočlena, ki je pri temperaturi, ki se meri. Referenčni spoj je del spoja termočlena, ki se vzdržuje pri znani temperaturi ali kjer se temperaturne spremembe samodejno kompenzirajo.
V običajnih industrijskih aplikacijah so elementi termoelementov običajno zaključeni na konektorju; vendar se referenčni spoj redko nahaja na konektorju, ampak se z ustreznimi podaljški s termoelementnimi žicami prenese-v temperaturno stabilno nadzorovano okolje. Vrste spoja: ozemljeni termočleni imajo spoj termočlena fizično povezan (privarjen) z ovojom sonde, kar omogoča odličen prenos toplote-to pomeni, da se toplota prenaša od zunaj skozi ovoj sonde na spoj termočlena. Ozemljeni termočleni so priporočljivi za merjenje temperature statičnih ali tekočih jedkih plinov in tekočin ter nekaterih visokotlačnih-aplikacij. Pri izoliranih termočlenih je stičišče termočlena ločeno od ovoja sonde in obdano z mehkim prahom. Čeprav imajo izolirani termoelementi počasnejši odzivni čas kot ozemljeni termoelementi, zagotavljajo električno izolacijo.
Izolirani termoelementi so priporočljivi za korozivna okolja, saj v idealnem primeru zagotavljajo popolno električno izolacijo termoelementa od okolice z zaščito ovoja. Izpostavljeni spojni termočleni omogočajo, da se konica spoja razširi v okolico. Ta vrsta zagotavlja najboljši odzivni čas, vendar je omejena na ne-korozivne, ne-nevarne aplikacije in aplikacije brez-tlaka. Odzivni čas je izražen kot časovna konstanta, definirana kot čas, ki je potreben, da senzor spremeni 63,2 % med začetno in končno vrednostjo v nadzorovanem okolju. Izpostavljeni spojni termoelementi imajo najhitrejši odzivni čas in manjši kot je premer sonde, hitrejši je odzivni čas, vendar nižja najvišja dovoljena temperatura merjenja. Podaljški: Žice za podaljšek termoelementa so par žic z enakimi termoelektričnimi lastnostmi kot termočlen, na katerega so priključene. Ko so pravilno priključeni, podaljški prenesejo referenčni spoj s termočlena na drugi konec žice, ki se običajno nahaja v nadzorovanem okolju. Pri izbiri termočlena je treba upoštevati naslednje dejavnike:
1. temperaturno območje, ki se meri;
2. Zahtevani odzivni čas;
3. Vrsta povezave;
4. odpornost termoelementa ali materiala plašča na kemično korozijo;
5. odpornost proti obrabi ali vibracijam;
6. Zahteve za namestitev in omejitve itd.
