Komponenttien suhteellinen määrä, epäpuhtaudet ja valmistusmenetelmät vaikuttavat joihinkin ei-metallisiin termoparimateriaaleihin. Kun verrataan eri lähteistä peräisin olevia materiaalinäytteitä, suuret erot lämpösähköisten potentiaalinopeuksien välillä ovat edelleen yleisiä. Tilanne ei kuitenkaan yleensä ole yhtä vakava kuin grafiitilla, koska riittävän vakaa mikrorakenne voidaan saada ilman pitkäkestoista korkean lämpötilan lämpökäsittelyä.
Yleensä ei-metalliset termoparit ovat hauraita ja niillä on huono vetolujuus. Siksi varsinainen ei-metallinen termopari on yleensä paksu, tilaa vievä yhdistetty sauva tai anturi. Yleisin malli on tehdä tanko yhdestä materiaalista ja laittaa se toisesta materiaalista valmistettuun putkeen. Lisää tappi kuumaan liitoskohtaan, jossa kaksi materiaalia koskettavat. Tangon ja putken välinen tila voi olla tyhjä tai täytetty eristemateriaalilla tai täytetty rengastiivisteillä. Anturin kylmä pää voi olla ilma- tai vesijäähdytteinen. Joissakin tapauksissa voidaan käyttää sopivaa jatkojohtoa mahalaukusta johtamaan tavalliseen vertailupisteeseen. Materiaalista ja vaaditusta pituudesta riippuen tämän tyyppinen anturi voi olla mahdollista suunnitella pienemmällä koosta. Grafiitin tapauksessa on mahdollista suunnitella joitain erikoislaitteita, kuten filamenttigrafiittitermopareja. Jotkut ihmiset ovat käyttäneet ei-metallisia ohutkalvotermopareja. Käytetään samaa yleistä prosessia, jota käytetään valmistettaessa ohutkalvotermopareja muista materiaaleista.
