溫度計的工作原理是利用固體、液體、氣體受溫度的影響而熱脹冷縮的現象；在定容條件下，氣體(或蒸氣）的壓強因區別溫度而變換；熱電效應的作用；電阻隨溫度的變換而變換；熱輻射的影響等。不同溫度計工作原理不同。
氣體溫度計：多用氫氣或氦氣作測溫物質，因為氫氣和氦氣的液化溫度很低，接近於絕對零度，故它的測溫範圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用於精密測量。
電阻溫度計：分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計，都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性製成的。它的測量範圍為-260℃至600℃左右。
溫差電偶溫度計：是一種工業上廣泛應用的測溫儀器。利用溫差電現象製成。兩種不同的金屬絲焊接在一起形成工作端，另兩端與測量儀表連線，形成電路。把工作端放在被測溫度處，工作端與自由端溫度不同時，就會出現電動勢，因而有電流通過迴路。通過電學量的測量，利用已知處的溫度，就可以測定另一處的溫度。
指標式溫度計：是形如儀表盤的溫度計，也稱寒暑表，用來測室溫，是用金屬的熱脹冷縮原理製成的。
玻璃管溫度計：玻璃管溫度計是利用熱脹冷縮的原理來實現溫度的測量的。由於測溫介質的膨脹係數與沸點及凝固點的不同，所以我們常見的玻璃管溫度計主要有：煤油溫度計、水銀溫度計、紅鋼筆水溫度計。
壓力式溫度計：壓力式溫度計是利用封閉容器內的液體，氣體或飽和蒸氣受熱後產生體積膨脹或壓力變化作為測訊號。
最早的溫度計
最早的溫度計是在1593年由義大利科學家伽利略發明的。他的第一隻溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時先給玻璃泡加熱，然後把玻璃管插入水中。隨著溫度的變化，玻璃管中的水面就會上下移動，根據移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計，受外界大氣壓強等環境因素的影響較大，所以測量誤差較大。
