Noen ikke-metalliske termoelementmaterialer påvirkes av den relative mengden komponenter, urenheter og tilberedningsmetoder. Når man sammenligner materialprøver fra forskjellige kilder, er det fortsatt store forskjeller i termoelektriske potensialrater. Situasjonen er imidlertid generelt ikke så alvorlig som grafitt, fordi en tilstrekkelig stabil mikrostruktur kan oppnås uten en langvarig høytemperatur varmebehandling.
Vanligvis ikke-metall termoelementer er sprø og har dårlig strekkfasthet. Derfor er det faktiske ikke-metalliske termoelementet vanligvis en tykk, klumpete kombinert stang eller sonde. Det vanligste designet er å lage en stang av ett materiale og sette den inn i et rør laget av et annet materiale. Legg til en pinne ved det varme krysset der de to materialene er i kontakt. Rommet mellom stangen og røret kan være tomt, eller fylt med isolasjonsmateriale, eller fylt med ringpakninger. Den kalde enden av sonden kan være luftkjølt eller vannkjølt. I noen tilfeller kan en matchende skjøteledning brukes fra magen for å føre til det vanlige referansepunktet. Avhengig av materialet og nødvendig lengde, kan det være mulig å designe denne typen sonde med en mindre størrelse. Når det gjelder grafitt, er det mulig å designe noen spesielle enheter, for eksempel filamentære grafitttermoelementer. Noen mennesker har brukt ikke-metalliske tynnfilmstermoelementer. Den samme generelle prosessen som brukes til å fremstille tynnfilm termoelementer av andre materialer, brukes.
