תרמוקפל מסוג k מנירוסטה בטמפרטורה גבוהה

הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי מורכב משני חלקים, פוטנציאל מגע ופוטנציאל תרמו-אלקטרי.

פוטנציאל מגע: למוליכים משני חומרים שונים יש צפיפויות אלקטרונים שונות. כאשר שני קצוות של מוליכים מחומרים שונים מחוברים יחד, בצומת, מתרחשת דיפוזיה אלקטרונית, וקצב דיפוזיה האלקטרונים פרופורציונלי לצפיפות האלקטרונים החופשיים ולטמפרטורת המוליך. לאחר מכן נוצר הפרש פוטנציאלים בחיבור, כלומר פוטנציאל מגע.

פוטנציאל תרמואלקטרי: כאשר הטמפרטורה של שני קצוות המוליך שונה, קצב הדיפוזיה ההדדי של אלקטרונים חופשיים בשני קצוות המוליך שונה, וזהו שדה אלקטרוסטטי בין הקצוות בעלי הטמפרטורה הגבוהה והנמוכה. בשלב זה, נוצר הפרש פוטנציאלים מקביל על המוליך, הנקרא פוטנציאל תרמואלקטרי. פוטנציאל זה קשור רק לתכונות המוליך ולטמפרטורה בשני קצוות המוליך, ואין לו שום קשר לאורך המוליך, גודל החתך ופיזור הטמפרטורה לאורך המוליך.

הקצה המשמש ישירות למדידת טמפרטורת המדיום נקרא קצה העבודה (הידוע גם כקצה המדידה), והקצה השני נקרא קצה הקר (הידוע גם כקצה הפיצוי); הקצה הקר מחובר למכשיר התצוגה או למכשיר התומך, ומכשיר התצוגה יציין את הפוטנציאל התרמואלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי.