Някои неметални термодвойни материали се влияят от относителното количество на компонентите, примесите и методите на приготвяне. Когато се сравняват проби от материали от различни източници, все още са често срещани големи разлики в скоростите на термоелектричния потенциал. Ситуацията обаче като цяло не е толкова сериозна като графита, тъй като може да се получи достатъчно стабилна микроструктура без продължителна високотемпературна термична обработка.
Обикновено неметалните термодвойки са крехки и имат слаба якост на опън. Следователно действителната неметална термодвойка обикновено е дебел, обемист комбиниран прът или сонда. Най-често срещаният дизайн е да се направи пръчка от един материал и да се постави в тръба, изработена от друг материал. Добавете щифт в горещия възел, където двата материала са в контакт. Пространството между пръта и тръбата може да бъде празно, или запълнено с изолационен материал, или запълнено с пръстеновидни уплътнения. Студеният край на сондата може да бъде с въздушно или водно охлаждане. В някои случаи може да се използва подходящ удължителен проводник от стомаха, който да доведе до обичайната референтна точка. В зависимост от материала и необходимата дължина може да е възможно да се проектира този тип сонда с по-малък размер. В случай на графит е възможно да се проектират някои специални устройства, като нишковидни графитни термодвойки. Някои хора са използвали неметални тънкослойни термодвойки. Използва се същият общ процес, използван за приготвяне на тънкослойни термодвойки от други материали.
