โครงสร้างของเทอร์โมมิเตอร์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภท แต่โดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้: เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ตัวแปลงสัญญาณ จอแสดงผล และตัวเครื่อง เซ็นเซอร์อุณหภูมิเป็นแกนหลักของเทอร์โมมิเตอร์ ซึ่งทำหน้าที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ ของเหลว (เช่น ปรอทหรือแอลกอฮอล์) แถบโลหะคู่ เทอร์โมคัปเปิล และเทอร์มิสเตอร์ ตัวแปลงสัญญาณจะแปลงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิรับรู้ให้เป็นสัญญาณที่อ่านได้ เช่น สัญญาณไฟฟ้า หรือการกระจัดทางกล จอแสดงผลจะแปลงสัญญาณให้เป็นค่าอุณหภูมิที่มองเห็นได้ ซึ่งอาจเป็นตัวชี้แบบอะนาล็อกหรือจอแสดงผลดิจิทัล โครงสร้างช่วยปกป้องส่วนประกอบภายในและให้การออกแบบที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้-
เทอร์โมมิเตอร์ทางอุตสาหกรรม (เช่น เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด) มีความซับซ้อนมากกว่า โดยทั่วไปจะประกอบด้วยระบบแสง เครื่องตรวจจับ วงจรประมวลผลสัญญาณ และโมดูลแสดงผล ระบบออปติคัลจะโฟกัสรังสีอินฟราเรดจากวัตถุที่กำลังวัด เครื่องตรวจจับจะแปลงรังสีให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า และวงจรประมวลผลสัญญาณจะขยายและแปลงสัญญาณให้เป็นดิจิทัล ซึ่งท้ายที่สุดจะส่งออกค่าอุณหภูมิผ่านโมดูลแสดงผล เทอร์โมมิเตอร์เหล่านี้ไม่-สัมผัสกัน มีเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว และมีความแม่นยำสูง ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสายการผลิตทางอุตสาหกรรมและการบำรุงรักษาอุปกรณ์
เมื่อเลือกเทอร์โมมิเตอร์ ให้พิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ช่วงการวัด ความแม่นยำ เวลาตอบสนอง และการปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อม โดยทั่วไปแล้ว เทอร์โมมิเตอร์เกรดอุตสาหกรรม-จะมีช่วงการวัดที่กว้างกว่าและมีความแม่นยำสูงกว่า เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดทางอุตสาหกรรม
