デジタル式の温度計は周囲の温度を測定して電気的な信号に変換して出力する、温度計センサーと呼ばれる素子（電子部品）が組み込まれています。温度に応じて電気的な信号を出力する素子にはいくつかの種類があり、精度や測定可能な温度範囲などに違いがあります。工業的に多く用いられているのは熱電対式の温度計センサーで、これは安価かつ測定可能な範囲が広くて瞬時に温度を知ることができるという特徴があります。熱電対式のセンサーの原理ですが、二種類の異なる種類の金属線が両端で接しているループ構造のそれぞれの接点に温度勾配が生じると、回路全体に電圧（熱起電力）が発生する性質（ゼーベック効果）を応用しています。
両端の温度差に応じて熱起電力が大きくなる性質があるため、温度測定ができます。熱電対式の温度計センサーの仕組みですが、検温部分の先端は2種類の異なる金属または金属の酸化物が接触した構造になっています。原理的に検温部分とは別の接点は基準温度（冷接点補償）を保つ必要があり、大学の学生実験であれば0℃の状態を作るために氷水が用いられることがあります。デジタル式の温度計の場合は電気的に冷接点補償と同じ役割をする回路が組み込まれているので、基準温度を用意する必要がありません。
熱電対に使用する金属の組合わせによって測定可能な範囲や精度に違いがあるので、用途に応じてさまざまな熱電対が使用されます。組み合わせ方によっては1、000度を超える高温の環境でも測定が可能なので、工業的に多く用いられています。