Một số vật liệu làm cặp nhiệt điện phi kim loại bị ảnh hưởng bởi lượng thành phần, tạp chất và phương pháp chuẩn bị tương đối. Khi so sánh các mẫu vật liệu từ các nguồn khác nhau, sự khác biệt lớn về tỷ lệ tiềm năng nhiệt điện vẫn phổ biến. Tuy nhiên, tình hình nói chung không nghiêm trọng như graphite, vì có thể thu được cấu trúc vi mô đủ ổn định mà không cần xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.
Thông thường các cặp nhiệt điện phi kim loại thường giòn và có độ bền kéo kém. Do đó, cặp nhiệt điện phi kim loại thực tế thường là một thanh hoặc đầu dò kết hợp dày, cồng kềnh. Thiết kế phổ biến nhất là tạo một thanh bằng một vật liệu và đưa nó vào một ống làm bằng vật liệu khác. Thêm một chốt ở điểm nối nóng nơi hai vật liệu tiếp xúc với nhau. Khoảng trống giữa thanh và ống có thể để trống, hoặc được lấp đầy bằng vật liệu cách điện, hoặc được lấp đầy bằng các vòng đệm. Đầu lạnh của đầu dò có thể được làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước. Trong một số trường hợp, một dây nối dài phù hợp có thể được sử dụng từ dạ dày để dẫn đến điểm chuẩn thông thường. Tùy thuộc vào vật liệu và chiều dài yêu cầu, có thể thiết kế loại đầu dò này với kích thước nhỏ hơn. Trong trường hợp của than chì, có thể thiết kế một số thiết bị đặc biệt, chẳng hạn như cặp nhiệt điện bằng than chì dạng sợi. Một số người đã sử dụng cặp nhiệt điện màng mỏng phi kim loại. Quy trình chung tương tự được sử dụng để chuẩn bị cặp nhiệt điện màng mỏng bằng các vật liệu khác cũng được sử dụng.
