Η σωστή ονομασία των θερμομέτρων θα έπρεπε να είναι θερμοκρασιόμετρα, γιατί μετρούν θερμοκρασίες και όχι θερμότητα.
Η μέτρηση της θερμοκρασίας με τα θερμόμετρα στηρίζεται στην «αρχή της εξίσωσης των θερμοκρασιών», σύμφωνα[GLi]με την οποία, όταν έρθουν σε επαφή δύο σώματα με διαφορετικές θερμοκρασίες, τότε, έπειτα από ορισμένο χρονικό διάστημα, οι θερμοκρασίες εξισώνονται. Αν είναι γνωστή δηλαδή η θερμοκρασία του ενός από τα σώματα μετά την επαφή, τότε, έμμεσα, μπορούμε να ξέρουμε και τη θερμοκρασία του άλλου. Πρέπει όμως το όργανο αυτό της σύγκρισης να απορροφά από το θερμομετρούμενο σώμα ελάχιστο ποσό θερμότητας, ώστε να μη μεταβάλλεται αισθητά η θερμοκρασία του.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι θερμομέτρων, ανάλογα με την αρχή της λειτουργίας και τις συνθήκες χρησιμοποίησης.
α) Υδραργυρικό θερμόμετρο. Η λειτουργία του βασίζεται στο φαινόμενο της θερμικής διαστολής του υδράργυρου.
Χρησιμοποιείται υδράργυρος, γιατί έχει ορισμένα πλεονεκτήματα: η διαστολή του είναι σημαντική και ομοιόμορφη, παρασκευάζεται εύκολα σε καθαρή κατάσταση, είναι αδιαφανής και δε χρειάζεται τεχνητό χρωματισμό, έχει χαμηλό σημείο πήξης, δεν παρουσιάζει συνάφεια με το γυαλί του σωλήνα και είναι πολύ καλός αγωγός της θερμότητας.
Το όριο για τη χρησιμοποίηση του υδραργυρικού θερμομέτρου είναι από –38,9°C, μέχρι και 300°C. Για μέτρηση μεγαλύτερων θερμοκρασιών μέχρι 700°C χρησιμοποιούμε θερμόμετρα από γυαλί χαλαζία, πάνω όμως από την επιφάνεια του υδράργυρου δεν υπάρχει κενό, αλλά άζωτο ή διοξείδιο του άνθρακα με πίεση.
Το υδραργυρικό θερμόμετρο ανήκει στην κατηγορία των θερμομέτρων με υγρό, στην οποία επίσης ανήκουν και τα θερμόμετρα με οινόπνευμα (μέχρι –100°C), με πεντάνιο (μέχρι –190°C) και με τολουόλιο (μέχρι –80°C). [GLi]Η ευαισθησία των θερμομέτρων είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο το δοχείο του θερμομέτρου είναι μεγαλύτερο και η διάμετρος του σωλήνα μικρότερη.
Για τη μέτρηση των θερμοκρασιών χρησιμοποιούνται διάφορες κλίμακες, όπως του Κελσίου, του Φαρενάιτ και του Ρεωμύρου. Η κλίμακα του Κελσίου λέγεται και εκατονταβάθμια, επειδή διαιρείται σε 100 βαθμούς μεταξύ του σημείου πήξης του νερού (0°C) και του σημείου ζέσης του (100°C). Η αντιστοιχία μεταξύ βαθμών Κελσίου και Φαρενάιτ (°F) είναι η ακόλουθη: σε 0°C αντιστοιχούν 32°F και σε 100°C αντιστοιχούν 212οF. Επομένως 100 συνολικά βαθμοί Κελσίου αντιστοιχούν σε 180° Φαρενάιτ. Στην κλίμακα του Ρεωμύρου το 0°C αντιστοιχεί σε 0°R, ενώ 80°R αντιστοιχούν σε 100°C. Η αναγωγή των ενδείξεων στις θερμομετρικές κλίμακες Κελσίου, Φαρενάιτ και Ρεωμύρου γίνεται με την εφαρμογή του τύπου:
.
β) Θερμόμετρα με αέριο. Η μεταβολή της πίεσης ενός αερίου με σταθερό όγκο, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του, μας δίνει την ένδειξη για τη διαφορά θερμοκρασίας (π.χ. αερικό θερμόμετρο). Τα αέρια που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι το άζωτο, ήλιο και υδρογόνο.
γ) Ηλεκτρονικά θερμόμετρα αντίστασης. Η αντίσταση των μεταλλικών αγωγών μεγαλώνει με την αύξηση της θερμοκρασίας. Με τη χρησιμοποίηση κατάλληλου αγωγού, π.χ. σύρματος από λευκόχρυσο, και ενός οργάνου που μετρά αντιστάσεις, είναι δυνατό να κατασκευαστεί ηλεκτρικό θερμόμετρο.
δ) Θερμοηλεκτρικά θερμόμετρα. Η λειτουργία τους στηρίζεται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Αν τα άκρα δύο συρμάτων[GLi] διαφορετικών μετάλλων κολληθούν «αυτογενώς» (χωρίς χρήση κολλητικής ουσίας) και η μια επαφή κρατιέται σε σταθερή θερμοκρασία, ενώ η άλλη θερμαίνεται, μεταξύ των δύο επαφών αναπτύσσεται μια θερμοηλεκτρική τάση. Αυτή η τάση, που αυξάνει με τη διαφορά θερμοκρασίας των δύο επαφών, μετριέται από ένα βολτόμετρο βαθμολογημένο κατευθείαν σε διαφορές θερμοκρασίας. Για να αποκτήσουμε μεγαλύτερη τάση, ώστε η μέτρηση να είναι ευκολότερη, συνδέουμε πολλά όμοια ζεύγη σε σειρά και σχηματίζουμε μια θερμοηλεκτρική στήλη.
ε) Οπτικά πυρόμετρα. Τα θερμόμετρα αυτά χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση πολύ υψηλών θερμοκρασιών, κυρίως στη μεταλλουργία. Η λαμπρότητα της ερυθράς ακτινοβολίας του διάπυρου σώματος συγκρίνεται με πρότυπη πηγή ερυθράς ακτινοβολίας, π.χ. ηλεκτρικής λάμπας, της οποίας μεταβάλλουμε τη λαμπρότητα του νήματος με τη μεταβολή της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος.
Αν το όργανο ρυθμιστεί κατάλληλα, ώστε το νήμα να εξαφανιστεί μέσα στο οπτικό πεδίο, τότε η φωτοβολία του νήματος θα συμπίπτει με τη φωτοβολία του πεδίου, οπότε και η ένδειξη του αμπερόμετρου, που είναι συνδεμένο με το όργανο, θα δείχνει τη θερμοκρασία του εξεταζόμενου σώματος. [GLi]Το οπτικό πυρόμετρο χρησιμοποιείται χωρίς να έρχεται σε επαφή με τα σώματα, τα οποία, στην προκειμένη περίπτωση, είναι λιωμένο σίδερο ή ατσάλι κτλ. Απλώς γίνεται παρατήρηση του σώματος με ένα σωλήνα, όπως ακριβώς στα μικροσκόπια.
στ) Αυτογραφικά θερμόμετρα. Αποτελούνται κυρίως από ένα σωλήνα μεταλλικό, ο οποίος είναι γεμάτος με οινόπνευμα ή πετρέλαιο, ή έχουν μια σπείρα από διμεταλλικό υλικό. Με τη μεταβολή της θερμοκρασίας ο όγκος του υγρού αυξάνει και επομένως μεταβάλλεται η πίεση που ασκείται στα τοιχώματα του σωλήνα. Έτσι προκύπτουν δυνάμεις που προκαλούν ελαστικές παραμορφώσεις στο σωλήνα. Οι δυνάμεις αυτές, με κατάλληλη μηχανική διάταξη, μετακινούν ένα δείκτη ο οποίος έχει τη δυνατότητα να γράφει πάνω σε ένα κυλινδρικό τύμπανο, που στρέφεται γύρω από τον άξονά του με ωρολογιακό μηχανισμό. Τα αυτογραφικά θερμόμετρα βαθμολογούνται σε σύγκριση με τα υδραργυρικά και χρησιμοποιούνται από τους μετεωρολογικούς σταθμούς για τη συνεχή παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας σε μεγάλα χρονικά διαστήματα (π.χ. μήνες, βδομάδες, μέρες).
Άλλοι τύποι θερμομέτρων για ειδικές χρήσεις είναι το ιατρικό θερμόμετρο, το θερμόμετρο μέγιστου και ελάχιστου, το διαφορικό θερμόμετρο Μπέκμαν, το βολόμετρο κ.ά.
