經驗溫標選擇測溫物質的某種物理性質隨溫度變化的經驗公式來對溫度計的溫度進行分度標記。

在討論熱平衡這個概念時，我們已經給出了溫度的一個嚴格的定義：處于熱平衡的系統(tǒng)有一個被稱為 “溫度” 的宏觀性質，所有互為熱平衡的系統(tǒng)有相同的溫度。然而，這個定義只是定性地說明了溫度這個概念的特征，并不完整。為了給溫度下一個完整的定義，還必須給出定量表示溫度的方法。溫度的定量表示法被稱為溫標 (temperature scale)。

最簡單和最直接的溫標是經驗溫標，水銀溫度計和酒精溫度計是體現這種溫標的兩個常見的例子。這兩種溫度計利用測溫物質熱脹冷縮的特征作為測溫屬性，在測溫物質所允許的溫度范圍內，選擇若干個確定的溫度做基準溫度，并假定測溫物質的測溫屬性 (在這里是體積) 隨溫度按線性關系變化，這樣就建立起了一個經驗溫標。比如說，我們現在常用的攝氏溫標就是以液體的體積作為測溫屬性，規(guī)定當純水在一個標準大氣壓下冰與水達到熱平衡狀態(tài) (較為通俗的說法是水的冰點) 時的溫度為 0 攝氏度，簡記為 0℃，而純水在一個標準大氣壓下水與水蒸汽達到熱平衡狀態(tài) (簡稱為水的沸點) 時的溫度為 100℃，并假定測溫物質的體積在這兩個溫度之間隨溫度按線性關系變化，將溫度計的刻度按照等分原則劃分。攝氏溫標的表示方法是在溫度數值的后面加上符號 ℃。

攝氏溫標是在日常工作和生活中最經常被使用的溫標，由瑞典天文學家攝爾修斯 (A. Celsius) 于 1742 年建立。除此之外，在英美國家的工程界和日常生活中還經常使用華氏溫標，由華倫海特 (G. D. Fahrenheit) 于 1714 年建立。華氏溫標的表示方法是在溫度數值的后面加上符號 ℉。華氏溫標有 4 個基準溫度：鹽水混合物的冰點為 0℉，人體的正常體溫為 96℉，純水的冰點為 32℉，沸點為 212℉。

不僅物質的體積會隨著溫度的變化而改變，許多其他的物理性質也會隨溫度發(fā)生改變。比如說，在體積不變的條件下，氣體的壓強會隨溫度的上升而升高，溫度降低時壓強也會隨之下降；金屬材料的電阻也有類似的性質，隨溫度的升降而增大或減小……。因此，壓強和電阻等物理性質也都可以作為建立經驗溫標時的測溫屬性。

從攝氏溫標的建立過程可以看到，對溫度計的溫度進行分度標記是選擇測溫物質的某種物理性質隨溫度變化的經驗公式來進行的，因此，按照這種方式建立的溫標常常被稱為經驗溫標。

在建立經驗溫標的過程中有一個重要的假設：測溫物質的各種測溫屬性隨溫度按照線性關系變化。然而，這個假設并不符合實際情況。

在通常的情況下，任何測溫物質的各種測溫屬性隨溫度的變化都會或多或少地對線性關系有微小的偏離。下圖顯示了幾種攝氏溫度計的這種偏離，橫坐標顯示的數值是用以氫氣為測溫物質制作的攝氏溫度計在 0℃ 到 100℃ 范圍內測量的結果，用 t 標記，縱坐標顯示的數值是用幾種以其他材料為測溫物質制作的攝氏溫度計在同一溫度范圍內測量的結果 t' 與氫溫度計的測量結果 t 的偏差 Δt=t'-t。

實際的測量操作程序很簡單：將氫溫度計與作為比較的溫度計一起接觸待測溫度的物體，當兩個溫度計都各自達到確定的溫度值并不再發(fā)生改變時，把氫溫度計顯示的溫度值 t 標記在橫坐標上，把作為比較的溫度計與氫溫度計的差值 Δt 標記在縱坐標上。在冰點與沸點之間測出若干對這樣的數值 (t,Δt)，就得到了圖中的一條關系曲線。

從圖中的曲線可以看到，二氧化碳氣體溫度計的偏差比較小，而金屬電阻溫度計和熱電偶溫度計的偏差則比較大。不僅如此，從大量實驗給出的情況看，各種氣體溫度計之間的偏差都比較小，而其他溫度計之間的偏差都比較大。由這些實驗結果不難推斷，氣體的測溫屬性隨溫度的變化應該更加接近線性關系。

由此看來，如果把測溫屬性與溫度之間的關系按照線性關系的原則來分度，那么，對同一待測溫度的物體進行測溫時，用不同材料和不同測溫屬性制作的各種溫度計將給出不同的結果。