Οι αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα περιλαμβάνουν μια ποικιλία συσκευών που συχνά έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ή περιβάλλοντος της ατμόσφαιρας. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και σε κοινές βιομηχανικές ρυθμίσεις, όπως σε κινητήρες με έγχυση καυσίμου σε αυτοκίνητα για τον υπολογισμό της πυκνότητας αέρα, έτσι ώστε ο υπολογιστής οχήματος του αυτοκινήτου να μπορεί να προσαρμόσει τη ροή καυσίμου, μειώνοντάς την καθώς μειώνεται η πυκνότητα του αέρα για να αποφευχθεί η απώλεια ισχύος. Μερικοί από τους πιο συνηθισμένους τύπους αισθητήρων θερμοκρασίας συνολικά είναι τα θερμοστοιχεία, οι συσκευές αντίστασης θερμοκρασίας (RTD), οι αισθητήρες υπερύθρων, τα θερμόμετρα και οι δίοδοι πυριτίου.
Τα θερμοστοιχεία λειτουργούν με την επαφή δύο διαφορετικών τύπων μετάλλων που διαστέλλονται και συστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς ανάλογα με τη θερμοκρασία. Συχνά χρησιμοποιούνται ως θερμοστάτες, οι οποίοι είναι διακόπτες ευαίσθητοι στη θερμοκρασία, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα λόγω της ικανότητάς τους να μετρούν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από 32° Fahrenheit (0°C) έως 2,102° Fahrenheit (1,150 ° Κελσίου) ή περισσότερο. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα θερμοστοιχείου χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας όπως οι κλιβάνοι, αλλά δεν είναι πολύ καλοί στη μέτρηση των μικροσκοπικών περιβαλλοντικών αλλαγών κλασμάτων ενός βαθμού.
Οι συσκευές αντίστασης θερμοκρασίας και τα θερμίστορ μετρούν την αύξηση ή τη μείωση της ηλεκτρικής αντίστασης της ύλης καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Τα RTD είναι πιο ακριβή σε μικρές αλλαγές θερμοκρασίας από τα θερμοστοιχεία, αλλά δεν μπορούν να μετρήσουν θερμοκρασίες τόσο υψηλές ή χαμηλές όσο τα θερμοστοιχεία. Τείνουν επίσης να είναι πιο μακροχρόνια και σταθερά από τα θερμοστοιχεία, αν και οι μετρήσεις τους μπορεί να είναι εσφαλμένες λόγω του σχεδιασμού και των περιβαλλοντικών συνθηκών. Δεδομένου ότι δεν επηρεάζονται από τον περιβάλλοντα ηλεκτρικό θόρυβο, τα RTD χρησιμοποιούνται συχνά ως αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα σε βιομηχανικά περιβάλλοντα όπου υπάρχουν ισχυροί κινητήρες ή ρεύμα υψηλής τάσης.
Οι αισθητήρες υπέρυθρης θερμοκρασίας είναι συσκευές έμμεσης μέτρησης, που δεν απαιτούν φυσική επαφή με το υλικό που μετράται, καθώς μετρούν τη θερμική ακτινοβολία που παράγει και αναφέρεται συχνά ως ακτινοβολία μαύρου σώματος. Είναι επομένως χρήσιμοι σε ακραία περιβάλλοντα όπου άλλοι αισθητήρες θα αποτυγχάνουν, όπως σε φούρνους όπου οι θερμοκρασίες μπορεί να υπερβούν τους 5,000° Fahrenheit (2,760° Κελσίου) και σε βιομηχανικές διεργασίες όπου η θέρμανση και η ψύξη λαμβάνουν χώρα ταχέως. Οι αισθητήρες διόδου πυριτίου λειτουργούν στο αντίθετο άκρο από εκείνο των αισθητήρων υπέρυθρων και είναι χρήσιμοι στη μέτρηση του υπερβολικού κρύου. Αν και έχουν εφαρμογές ως αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα σε επιστημονικά πειράματα γυμνασίου, χρησιμοποιούνται συχνότερα για τη μέτρηση κρυογονικών αερίων σε υγρή μορφή, όπως υγρό άζωτο, οξυγόνο, υδρογόνο και ήλιο.
Τα θερμόμετρα, τα θερμίστορ και τα RTD είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι αισθητήρων θερμοκρασίας αέρα και συχνά χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας υγρού και στερεού επίσης. Τα τυπικά θερμόμετρα λειτουργούν μετρώντας τη διαστολή και τη συστολή είτε υγρού υδραργύρου είτε ενός οργανικού, κόκκινου υγρού σε ένα σφραγισμένο σωλήνα, καθώς αλλάζει η εξωτερική θερμοκρασία του αέρα. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας αέρα αυτοκινήτου είναι συνήθως θερμίστορ. Είτε μετρούν καυσαέρια, ροή αέρα εισαγωγής ή ψυκτικό κινητήρα, όλα λειτουργούν με την ίδια αρχή ότι καθώς θερμαίνεται η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μέσου, δημιουργείται αντίσταση στον αισθητήρα και μειώνεται το σήμα τάσης που εκπέμπει στα χειριστήρια του υπολογιστή.