Einige nichtmetallische Thermoelementmaterialien werden durch die relative Menge an Komponenten, Verunreinigungen und Herstellungsverfahren beeinflusst. Beim Vergleich von Materialproben aus verschiedenen Quellen sind immer noch große Unterschiede in den thermoelektrischen Potentialraten üblich. Allerdings ist die Situation im Allgemeinen nicht so ernst wie bei Graphit, da ein ausreichend stabiles Gefüge ohne eine langfristige Hochtemperatur-Wärmebehandlung erhalten werden kann.
Normalerweise sind nichtmetallische Thermoelemente spröde und haben eine geringe Zugfestigkeit. Daher ist das eigentliche nichtmetallische Thermoelement normalerweise ein dicker, sperriger kombinierter Stab oder eine Sonde. Die gebräuchlichste Konstruktion besteht darin, einen Stab aus einem Material herzustellen und ihn in ein Rohr aus einem anderen Material einzuführen. Fügen Sie einen Stift an der heißen Verbindungsstelle hinzu, an der die beiden Materialien in Kontakt sind. Der Raum zwischen der Stange und dem Rohr kann leer, mit Isoliermaterial oder mit Ringdichtungen gefüllt sein. Das kalte Ende der Sonde kann luft- oder wassergekühlt sein. In manchen Fällen kann ein passender Verlängerungsdraht vom Magen zum üblichen Bezugspunkt geführt werden. Je nach Material und benötigter Länge ist es möglich, diesen Sondentyp kleiner auszulegen. Im Fall von Graphit ist es möglich, einige spezielle Vorrichtungen zu konstruieren, wie z. B. filamentförmige Graphit-Thermoelemente. Einige Leute haben nichtmetallische Dünnschicht-Thermoelemente verwendet. Es wird das gleiche allgemeine Verfahren verwendet, das zur Herstellung von Dünnschicht-Thermoelementen aus anderen Materialien verwendet wird.
