如圖所示，T、Tn、T0分別為熱電偶所處的測量端溫度、參比端溫度、環境溫度(室溫)，這時圖中回路的總電勢為EABBA(T，Tn，T0)=EAB(T，Tn)+EAB(Tn，T0)
當參比端Tn示用另外替代的導線來代替A、B，如果A′與A、B′與B的熱電性質相同，即EABBA(T，Tn，T0)=EAB(T，Tn)+EA′B′(Tn，T0)
如果用能滿足EAB(Tn，T0)=EA′B′(Tn，T0)的連接導線，就可以起到補償熱電勢的作用。這時回路的總熱電勢為EABB′A′(T，Tn，T0)=EAB(T，Tn)+EA′B′(Tn，T0)
此時，所測得的熱電偶的總熱電勢只受測量端溫度T和環境溫度T0的影響，而與參比端的溫度變化Tn無關。在實際應用中補償導線用的就是這一原理。但準確地說，是通過補償導線延長了熱電偶的參比端至溫度較恒定的環境，以消除參比端溫度變化的影響。
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