Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Temperatursensoren, die ihren elektrischen Widerstand mit der Temperatur ändern und Temperatursensoren, die eine geringe elektrische Spannung (Thermospannung) liefern. Sowohl Widerstandsfühler als auch Thermoelemente benötigen eine entsprechende elektronische Schaltung, um die gemessene Temperatur auszuwerten, beziehungsweise darstellen zu können. Sogenannte Messumformer, auch Transmitter genannt, integrieren bereits eine Elektronik, die die gemessene Temperatur in ein analoges oder digitales Ausgangssignal umsetzt. Häufige Ausgänge sind 0/4…20 mA, 0…10 V, Taktsignal 10…90 % sowie verschiedene Digitalsignale.

Am gebräuchlichsten sind Temperatursensoren mit NTC-Widerständen, Platin-Messwiderstände (beispielsweise als Pt100-Ausführung) und NiCr-Ni-Thermoelemente. Je nach Anwendungsgebiet sind sie in diversen Bauformen verfügbar. Modell für Luft und nicht korrosive gasförmige Medien benötigen nicht zwingend ein Schutzgehäuse um den eigentlichen Sensor. Gleiches gilt für Thermoelemente: Sie können für Standardanwendungen als reine Drahtfühler eingesetzt werden.

Für Langzeitmessungen in flüssigen Medien und bei aggressiveren Umweltbedingen werden Temperaturfühler angeboten, die die Sensorik in einem entsprechend geeigneten Gehäuse integrieren und so für den Schutz des Messfühlers sorgen. Man unterscheidet hier Raum- oder Außenfühler für Luft, Anlegefühler, Einstechfühler, Oberflächenfühler, Tauchfühler, Kanalfühler, Einschraubfühler, sowie Anschraubfühler zur Befestigung an Kühlkörpern oder Gehäusen.

Wenn Temperaturen an weit entfernten Messstellen erfasst werden sollen, ist der Einsatz von Messumformern ratsam. Im Gegensatz zu herkömmlichen, passiven Temperaturfühlern beeinflusst der zunehmende Leitungswiderstand der Anschlussleitungen nicht deren Messgenauigkeit. Ändern sich Temperaturen schnell, so benötigt man entsprechend rasch ansprechende Temperaturfühler, damit die Messwerte möglichst verzögerungsarm erfasst werden können. Temperaturfühler mit kleiner eigener Masse sind hier im Vorteil, beispielsweise dünne NiCr-Ni-Thermoelemente.

Bei hohen Anforderungen an die Beständigkeit des Sensors gegenüber aggressiven Medien und im Lebensmittelbereich sind korrosionsbeständige und chemisch inerte Materialien erforderlich. Hier eignen sich Temperaturfühler mit Edelstahl- oder PTFE-Gehäuse am besten.