要了解补偿导线的工作原理问题，就要从热电偶的原理入手。
如图所示，t、tn、t0分别为热电偶所处的测量端温度、参比端温度、环境温度（室温），这时图中回路的总电势为eabba（t，tn，t0）=eab（t，tn）+eab（tn，t0）
当参比端tn示用另外替代的导线来代替a、b，如果a′与a、b′与b的热电性质相同，即
eabba（t，tn，t0）=eab（t，tn）+ea′b′（tn，t0）
如果用能满足eab（tn，t0）=ea′b′（tn，t0）的连接导线，就可以起到补偿热电势的作用。这时回路的总热电势为eabb′a′（t，tn，t0）=eab（t，tn）+ea′b′（tn，t0）
此时，所测得的热电偶的总热电势只受测量端温度t和环境温度t0的影响，而与参比端的温度变化tn无关。在实际应用中补偿导线用的就是这一原理。但准确地说，是通过补偿导线延长了热电偶的参比端至温度较恒定的环境，以消除参比端温度变化的影响。