Na neke nemetalne termoelemente utiče relativna količina komponenti, nečistoća i metoda pripreme. Kada se porede uzorci materijala iz različitih izvora, velike razlike u stopama termoelektričnog potencijala su i dalje uobičajene. 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 dužini, moguće je dizajnirati ovu vrstu sonde manje veličine. U slučaju grafita moguće je dizajnirati neke posebne uređaje, kao što su termoelementi od filamentnog grafita. Neki ljudi su koristili nemetalne termoelemente tankog filma. Koristi se isti opći postupak koji se koristi za pripremu tankoslojnih termoparova od drugih materijala.
