기체 상태량의 온도변화를 이용한 온도계를 말한다. 일정량의 기체는 온도가 변하면 압력 및 체적이 변하기 때문에 체적을 일정하게 유지하고 압력을 측정한다. 압력을 일정하게 유지하여 체적을 측정하거나 혹은 2가지 용기의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 압력으로 한쪽의 용기에 들어 있는 기체를 다른 쪽의 용기까지 유입한 후 압력 측정을 하면 온도(기체온도)를 알 수 있다. 이들을 정적 기체 온도계, 정압 기체 온도계, 정온 기체 온도계라 한다. 약간의 보정을 가하여 기체온도는 열역학적 온도에 변화할 수 있으므로, 기체 온도계는 온도의 정점의 열역학적 온도값을 정하는 데에 한결같이 이용할 수 있다. 온도 정점의 절대온도로서의 값을 알고자 할 때에 흔히 사용된다. 고온에는 N2, Ar이 좋고, 석영유리나 백금이리듐으로 만든 용기를 쓰면 1,000℃가 넘어도 사용이 가능하다. 저온에는 저압 He가 가장 좋고, 구리 용기를 사용하면 -272℃까지 쓸 수 있다.