3ω谐波探测法的探头如上图所示，主要是由一条金属探测窄条组成，这条金属窄条既充当加热器又充当探测器来使用。测量样品时，根据样品的不同，可以选择将探测器紧贴于样品表面，或直接将探测器蒸镀在样品表面。

我们使用调制频率为ω的正弦波电流对金属探测器窄条进行加热，由于焦耳效应，样品会以2ω的频率被进行加热，此时样品内部就会产生以2ω为频率的热波动场产生，热波动场的具体函数是由样品的各项参数（包括热物性参数）所决定的。探测器金属窄条表面温度也是整个温度波动场的一部分，所以也是由温度波动场决定的，并携带有所测样品的热物性信息。

需要注意的是样品表面的温度的波动频率和加热场相同也是2ω，这个波动导致了金属探测器自身电阻也会存在一个2ω的波动。根据欧姆定律，金属探测器窄条的两侧的电压是由其电流和电阻的乘积决定的，两者的乘积就会产生一个3ω的谐波分量。我们通过在不同的激励频率下对这个3ω的谐波分量的振幅和相位进行测量，即可得到被测样品的热物性参数信息。