低温传感器的工作原理基于不同物理效应，通过感知温度变化引起材料电学、热学或磁学特性的改变，进而将温度信号转换为可测量的电信号。其具体机制因传感器类型而异，主要分为电阻式、热电偶式、半导体式和磁式等几大类。
电阻式低温传感器利用材料的电阻随温度变化的特性进行测温。例如铂电阻温度计（如PT100）采用高纯度铂丝作为感温元件，在低温下其电阻值随温度降低而减小，并遵循国际温标ITS-90的标定公式，具有精度高、稳定性好、线性度优的特点，广泛用于-200℃至0℃甚至更低温区。此外，碳电阻和锗电阻温度计则利用掺杂半导体材料在极低温下电阻随温度急剧变化的负温度系数（NTC）效应，尤其在低于4K的温区具备*高灵敏度，适用于稀释制冷机等超低温装置。
热电偶型低温传感器基于塞贝克效应工作，即两种不同金属（如铜-康铜T型热电偶）连接形成的闭合回路中，当两端存在温差时会产生热电势。该电压信号与温差成正比，通过测量电动势即可推算温度。虽然在低温下输出信号较微弱（微伏级），需配合低噪声放大器使用，但因其结构简单、响应快、无自热效应，仍被应用于对精度要求不高的低温监测场景。
半导体温度传感器，如硅二极管传感器，则利用PN结正向压降随温度升高而线性下降的特性实现测温。在1.5K至450K范围内，其电压-温度关系高度可重复，部分型号支持免标定互换使用，特别适合液氦和液氮温区的科研应用。这类传感器体积小、响应快，且可通过标准V/T曲线进行批量校准，在物理实验和量子计算系统中广泛应用。
磁式低温传感器依据居里定律，即顺磁盐的磁化率与热力学温度成反比关系。通过将顺磁材料置于互感线圈中，测量其磁化率变化即可反推出温度值。这种传感器多用于接近*对零度的极低温测量，是实现毫开尔文（mK）级测温的重要手段之一。
此外，还有基于电容变化的电容式低温传感器，常用于液位测量，通过检测介电常数随液面高度变化引起的电容改变来确定低温液体（如液氢、液氮）的填充水平；以及光纤式传感器，利用光信号在低温介质中传播特性（如折射率、相位）的变化实现非接触式测温或液位监控，具备抗电磁干扰、体积小、分布测量能力强等优势。
综合来看，各类低温传感器根据其工作原理在灵敏度、测温范围、稳定性和环境适应性方面各有侧重，选择时需结合具体应用场景，如是否处于强磁场、真空或辐射环境，以及对精度、响应速度和长期稳定性的要求。
