生物化石，尤其是植物孢粉化石和動物小個體化石——牙形石，都是的地溫計。這些化石中含有豐富的有機質，具有隨地層溫度升高而碳化度增加的特點。這樣的化石在顯微鏡下會顯示出不同的顏色。一般溫度高，碳化度也高，顏色就深，反之顏色就淺。這些化石的顏色就會告訴我們古地溫。

礦物地溫計沉積巖中常有自生的粘土、沸石和硅酸鹽礦物。這些自生礦物從沉積到成巖過程中，受物理因素的控制。如粘土礦物，會在不同地溫下轉換成不同的物質；沸石的結晶順序也會隨地溫的升高發生變化；硅酸鹽礦物中的二氧化硅層的間距隨地溫升高而不同。從這些自生礦物在不同地溫下的各種變化也可推測出古時的地溫。 [1] 有機質地溫計遍布各類巖石中的固態有機質微粒之——鏡質體，會隨溫度的升高，相應改變其排列結構，從而使其對光線的反射率發生變化。鏡質體的反射率與溫度形成直線關系，通過對鏡質體反射率的分析，就可得知當時的地溫。煤階地溫計在成煤過程中，隨地層溫度升高、煤化作用增強，便形成不同的煤階。由已發現的煤階便可推算出地層經歷過的占地溫。甲烷氣體地溫計沉積巖中還含有天然氣，這些天然氣中都含有甲烷氣。甲烷（CH4）中的碳有兩種穩定的碳同位素，即碳十二和碳十三。而地溫變化可引起同位素分餾。低溫下，碳十二的比例大；高溫時則碳十三比例大。這兩種同位素含量的比值就構成了靈敏的地溫計。