Jego konstrukcja oparta jest o układ scalony w technologii CMOS, zawierający czujnik temperatury oraz polimerowy czujnik wilgotności, układy przetwarzania sygnału, pamięć nastaw kalibracyjnych (każdy sensor jest kalibrowany w procesie produkcji) oraz układ interfejsu I²C. Konstrukcja w postaci modułu typu combo, zamiast osobnych układów, eliminuje ryzyko uszkodzenia lub zanieczyszczenia czujnika wilgotności podczas procesu lutowania.
Sekcja czujnika wilgotności względnej, dokonuje pomiaru z błędem poniżej ±4,5% w zakresie 20-80% RH (pełny zakres pomiaru to 0-100% RH). Czas reakcji czujnika, tj. wywołujący zmianę o 63% przy ruchu powietrza 1 m/s, to 8 s.
Dodatkowo układ ma element grzejny, który można wykorzystać do usunięcia z powierzchni czujnika skondensowanej wilgoci. Dane o temperaturze mają rozdzielczość 14 bitów, a wilgotności 12 bitów. Czujnik pracuje w zakresie temperatur od -40°C do +85°C (wersja GM).
Konstrukcja modułu TH02 została zoptymalizowana do pracy w urządzeniach bateryjnych - wymagane napięcie zasilania to od 2,1 do 3,6 V, a pobór prądu podczas konwersji danych z czujnika wilgotności wynosi 240 μA (maks. 565 μA), po czym spada do ok. 150 μA.