צמד תרמי הוא אלמנט חישת טמפרטורה-ומכשיר ראשי שמודד ישירות טמפרטורה. הוא מורכב ממעגל סגור המורכב משני מוליכים מחומרים שונים. בשל השוני בחומרים, צפיפות אלקטרונית שונה גורמת לדיפוזיה אלקטרונית, ונוצר פוטנציאל חשמלי לאחר הגעה לשיווי משקל יציב. כאשר יש שיפוע טמפרטורה בין שני הקצוות, נוצר זרם במעגל, המייצר פוטנציאל תרמו-אלקטרי. ככל שהפרש הטמפרטורה גדול יותר, הזרם גדול יותר. ניתן לקבוע את ערך הטמפרטורה לאחר מדידת הפוטנציאל התרמו-אלקטרי. צמד תרמי הוא בעצם ממיר אנרגיה הממיר אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית.
יתרונות טכניים של צמדים תרמיים: לצמדים תרמיים טווח מדידת טמפרטורות רחב וביצועים יציבים יחסית; דיוק מדידה גבוה, שכן הצמד התרמי נמצא במגע ישיר עם האובייקט הנמדד ואינו מושפע ממדיום הביניים; זמן תגובה תרמית מהיר, שכן צמדים תרמיים מגיבים במהירות לשינויי טמפרטורה; טווח מדידה גדול, צמדים תרמיים יכולים למדוד ברציפות טמפרטורות מ-40 עד +1600 מעלות; ביצועים אמינים וחוזק מכני טוב. יש להם חיי שירות ארוכים והם קלים להתקנה.
צמד תרמי חייב להיות מורכב ממעגל סגור העשוי משני מוליכים (או מוליכים למחצה) בעלי תכונות שונות אך עומדים בדרישות מסוימות. חייב להיות הפרש טמפרטורה בין קצה המדידה לקצה הייחוס של הצמד התרמי.
שני מוליכים או מוליכים למחצה A ו-B מחומרים שונים מרותכים יחד ליצירת מעגל סגור. כאשר קיים הפרש טמפרטורה בין שני הצמתים 1 ו-2 של המוליכים A ו-B, נוצר ביניהם כוח אלקטרו-מוטורי ובכך נוצר זרם במעגל. תופעה זו נקראת האפקט התרמו-אלקטרי. צמדים תרמיים פועלים על ידי ניצול אפקט זה.
