Sommige niet-metalen thermokoppelmaterialen worden beïnvloed door de relatieve hoeveelheid componenten, onzuiverheden en bereidingsmethoden. Bij het vergelijken van materiaalmonsters uit verschillende bronnen, zijn er nog steeds grote verschillen in thermo-elektrische potentiaalsnelheden. De situatie is echter over het algemeen niet zo ernstig als grafiet, omdat een voldoende stabiele microstructuur kan worden verkregen zonder een langdurige hittebehandeling bij hoge temperatuur.
Gewoonlijk zijn niet-metalen thermokoppels bros en hebben ze een slechte treksterkte. Daarom is het eigenlijke niet-metalen thermokoppel meestal een dikke, omvangrijke gecombineerde staaf of sonde. Het meest gebruikelijke ontwerp is om een staaf van het ene materiaal te maken en deze in een buis van een ander materiaal te steken. Voeg een speld toe op de hete kruising waar de twee materialen in contact zijn. De ruimte tussen de staaf en de buis kan leeg zijn, of gevuld met isolatiemateriaal, of gevuld met ringpakkingen. Het koude uiteinde van de sonde kan luchtgekoeld of watergekoeld zijn. In sommige gevallen kan een bijpassende verlengdraad worden gebruikt vanuit de maag om naar het gebruikelijke referentiepunt te leiden. Afhankelijk van het materiaal en de benodigde lengte kan het mogelijk zijn om dit type sonde met een kleinere maat uit te voeren. In het geval van grafiet is het mogelijk om enkele speciale apparaten te ontwerpen, zoals thermokoppels van draadvormig grafiet. Sommige mensen hebben niet-metalen dunne film thermokoppels gebruikt. Hetzelfde algemene proces dat wordt gebruikt om dunnefilm-thermokoppels van andere materialen te maken, wordt gebruikt.
