其設計的依據有：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（或蒸汽）的壓強因不同溫度而變化；熱電效應的作用；電阻隨溫度的變化而變化；熱輻射的影響等。

  1.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，接近于絕對零度，故它的測溫范圍很廣。這種溫度計精確度很高，多用于精密測量。

2.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制成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的及銠鐵、磷青銅合金的；半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛應用。它的測量范圍為-260℃至600℃左右。

3.溫差電偶溫度計

是一種工業上廣泛應用的測溫儀器。利用溫差電現象制成。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接，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，因而有電流通過回路。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。它適用于溫差較大的兩種物質之間，多用于高溫和低濁測量。有的溫差電偶能測量高達3000℃的高溫，有的能測接近絕對零度的低溫。

4.高溫溫度計 

是指專門用來測量500℃以上的溫度的溫度計，有光測溫度計、比色溫度計和輻射溫度計。高溫溫度計的原理和構造都比較復雜，這里不再討論。其測量范圍為500℃至3000℃以上，不適用于測量低溫。

5.指針式溫度計

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制成的。它是以雙金屬片做為感溫元件，用來控制指針。雙金屬片通常是用銅片和鐵片鉚在一起，且銅片在左，鐵片在右。由于銅的熱脹冷縮效果要比鐵明顯的多，因此當溫度升高時，銅片牽拉鐵片向右彎曲，指針在雙金屬片的帶動下就向右偏轉（指向高溫）；反之，溫度變低，指針在雙金屬片的帶動下就向左偏轉（指向低溫）。

6.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。由于測溫介質的膨脹系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。他的優點是結構簡單，使用方便，測量精度相對較高，價格低廉。缺點是測量上下限和精度受玻璃質量與測溫介質的性質限制。且不能遠傳，易碎。

7.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后產生體積膨脹或壓力變化作為測信號。它的基本結構是由溫包、毛細管和指示表三部分組成。壓力式溫度計的優點是：結構簡單，機械強度高，不怕震動。價格低廉，不需要外部能源。缺點是：測溫范圍有限制，一般在-80-400℃；熱損失大響應時間較慢。

8.水銀溫度計

水銀溫度計是膨脹式溫度計的一種，水銀的凝固點是-38.87℃，沸點是356.7℃，用來測量0-150℃或500℃以內范圍的溫度，它只能作為就地監督的儀表。用它來測量溫度，不僅比較簡單直觀，而且還可以避免外部遠傳溫度計的誤差。