Alguns materiais termopares não metálicos são afetados pela quantidade relativa de componentes, impurezas e métodos de preparação. Ao comparar amostras de materiais de diferentes fontes, grandes diferenças nas taxas de potencial termoelétrico ainda são comuns. No entanto, a situação geralmente não é tão séria quanto a grafite, porque uma microestrutura suficientemente estável pode ser obtida sem um tratamento térmico de alta temperatura de longo prazo.
Normalmente, os termopares não metálicos são frágeis e têm baixa resistência à tração. Portanto, o termopar não metálico real é geralmente uma haste ou sonda combinada espessa e volumosa. O projeto mais comum é fazer uma haste de um material e inseri-la em um tubo feito de outro material. Adicione um pino na junção quente onde os dois materiais estão em contato. O espaço entre a haste e o tubo pode estar vazio, ou preenchido com material isolante, ou preenchido com anéis de vedação. A extremidade fria da sonda pode ser resfriada a ar ou água. Em alguns casos, um fio de extensão correspondente pode ser usado do estômago para conduzir ao ponto de referência usual. Dependendo do material e do comprimento necessário, pode ser possível projetar este tipo de sonda com um tamanho menor. No caso do grafite, é possível projetar alguns dispositivos especiais, como termopares de grafite filamentar. Algumas pessoas usaram termopares de película fina não metálica. O mesmo processo geral usado para preparar termopares de filme fino de outros materiais é usado.
