De vrij bewegende elektronen in een metalen geleider met een temperatuurverschil tussen de twee uiteinden worden vanwege de overtollige energie van het hete uiteinde naar het koude uiteinde verschoven. De resulterende ladingsverschuiving leidt tot een elektrische potentiaal tussen de twee uiteinden. Dit materiaal specifieke effect treedt op bij alle metalen en halfgeleiders.

Om het Seebeck-effect te gebruiken, moeten verschillende metalen met elkaar worden verbonden. De verbinding tussen de twee metalen wordt met geschikte thermische koppeling op de meettemperatuur gebracht. Door het temperatuurverschil tussen het meetpunt, namelijk de warme junctie, en de aansluiting op het meetapparaat, de koude junctie, verschuift de lading voor beide metalen. De spanningsopbouw varieert doorgaans sterk als gevolg van de verschillende thermo-elektrische eigenschappen van de metalen. Het potentiaalverschil tussen de twee thermomaterialen kan worden gemeten als een thermo-elektrische spanning.

Om de thermo-elektrische spanning te standaardiseren, zijn de materiaalparen en de referentieverbinding, d.w.z. het koude uiteinde waar het signaal wordt gemeten, gestandaardiseerd op 0°C. Referentieknooppunten bevinden zich doorgaans op omgevingstemperatuur voor de meeste meetapparatuur die voor industriële toepassingen wordt gebruikt. Hierdoor produceert het thermokoppel minder thermo-elektrische spanning dan nodig is om de exacte temperatuur volgens de norm te berekenen. Om hiermee rekening te houden, meten de meetapparatuur de eindtemperaturen en compenseren ze op rekenkundige wijze de ontbrekende thermo-elektrische spanning met 0°C in een proces dat ook wel bekend staat als koude junctiecompensatie (CJC).