Na neke nemetalne termoelemente utječe relativna količina komponenti, nečistoća i metode pripreme. Kada se uspoređuju uzorci materijala iz različitih izvora, još uvijek su česte velike razlike u stopama termoelektričnog potencijala. Međutim, situacija općenito nije tako ozbiljna kao kod grafita, jer se dovoljno stabilna mikrostruktura može dobiti bez dugotrajne visokotemperaturne toplinske obrade.
Obično su nemetalni termoparovi krti i imaju slabu vlačnu čvrstoću. Stoga je stvarni nemetalni termoelement obično debela, glomazna kombinirana šipka ili sonda. Najčešći dizajn je izrada šipke od jednog materijala i umetanje u cijev od drugog materijala. Dodajte iglu na vrući spoj gdje su dva materijala u kontaktu. Prostor između šipke i cijevi može biti prazan, ili ispunjen izolacijskim materijalom, ili ispunjen prstenastim brtvama. Hladni kraj sonde može biti hlađen zrakom ili vodom. U nekim slučajevima, odgovarajuća produžna žica se može koristiti iz želuca da vodi do uobičajene referentne točke. Ovisno o materijalu i potrebnoj duljini, moguće je dizajnirati ovu vrstu sonde s manjom veličinom. U slučaju grafita moguće je projektirati neke posebne uređaje, kao što su termoelementi od filamentnog grafita. Neki ljudi su koristili nemetalne termoelemente s tankim filmom. Koristi se isti opći postupak koji se koristi za pripremu tankoslojnih termoelemenata od drugih materijala.
