低溫下，通常採用建立在熱力學第二定律的卡諾熱機概念基礎上的開氏絕對溫標，也稱開氏溫標(K)。這是一種理想化的溫標，需用理想氣體溫度計來實現（見開爾文溫度、國際實用溫標）。
低溫下實際使用的溫度計，主要有氣體溫度計、蒸氣壓溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計和磁溫度計等。圖中繪出瞭各種溫度計適用的測溫區。
氣體溫度計 是利用理想氣體的壓強和體積的乘積與絕對溫度成比例這一規律來進行溫度測量的。它有固定壓強、測量體積的變化來確定溫度的定壓氣體溫度計，和固定體積、測量壓強變化來確定溫度的定容氣體溫度計。後者測量溫度的精度高，裝置較簡單。定容溫度計在進行精確的修正後可近似於理想氣體溫度計。
蒸氣壓溫度計 利用與液體呈熱平衡狀態的飽和蒸氣壓來指示溫度，其優點是在可使用的溫度區間內靈敏度很高，尤其是在沸點附近，裝置簡單。缺點是可使用的溫度范圍窄。
電阻溫度計 有金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計兩類。它們都是利用電阻隨溫度變化（隻是兩者的電阻溫度系數符號相反）這一特性。前者有鉑、金、銅、鎳、銦等純金屬和銠鐵、磷青銅等合金；後者有碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛應用；尤其是半導體電阻溫度計，在極低溫度下具有非常高的靈敏度。
溫差電偶溫度計 是基於塞貝克效應（見溫差電現象）。常用的有銅-康銅、鐵-康銅、鎳鉻-康銅、鎳鉻-金鐵以及金鈷－銅等。它們的接點體積小、容量小、制作簡單、安裝方便，也得到廣泛的應用。
磁溫度計 是利用某些順磁性物質（例如，硝酸鈰鎂、硫酸錳銨和硫酸鐵銨）的磁化率在低溫下遵從居裡定律(x＝D/T)或居裡-外斯定律〔x＝D/(CT- θ)〕，式中D 和θ 分別為居裡常數和居裡溫度，由測出的ⅹ值而求出溫度。磁溫度計主要是在1K以下的極低溫溫區中使用。
低溫溫度計的選擇，應綜合考慮測溫范圍、靈敏度、精度、復現性、熱效應、熱響應時間、熱容、使用方法和價格等指標。
參考書目
Guy K.White， Experimental Techniques in Low TempeRature Physics，3rd ed.，Clarondon Press，Oxford， 1979.