1821年,德国-爱沙尼亚物理学家Thomas Johann Seebeck发现任何导体(金属)被施加热梯度时都会产生电压。现在这种现象被称为热电效应或Seebeck效应。若要测量这个电压,必须把“热”端连接到另一导体上。增加的导体也会经历热梯度,自身也会产生一个电压,并与原来的电压抵消。幸运的是,热电效应中电压的大小取决于金属的种类。在电路中使用不同的金属会产生不同的电压,因此存在一个很小的电压差值可以被测量,这个差值随温度的升高而增大。对于目前常用的金属组合,这个差值通常在1到大约70微伏每摄氏度之间。一些常用的固定组合成为工业标准,通常考虑到成本、适用、便利、熔点、化学性质、稳定性和输出。由于热电偶产生的电压很小,很多的应用是利用热电偶堆。