自然界中的物體只要其溫度高于絕對零度，就會不斷地向外輻射能量。因此，理論上只要找到這些物體輻射能量與溫度的對應關系并收集起來，經過一定的處理后，就可以得到與目標輻射分布相對應的熱圖像。
一般將物體輻射出的波長在0.76μm-1000μm的電磁波定義為紅外光波。將紅外光按照波長分為四個波段：近紅外(0.75μm～3.0μm)；中紅外(3.0μm～6.0μm)；長波紅外（6.0μm～15μm)和極遠紅外波段(15μm～1000μm)。研究發現，紅外輻射對大氣的穿透性和波長有很大關系，只有幾個特定波段的紅外輻射能夠較好的穿透大氣，研究人員將這幾個特定的波段稱為“大氣窗口”，主要的大氣窗口包括2μm -2.6μm，3μm～6μm和8μm～14μm。

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圖為普朗克曲線

紅外熱成像技術就是在利用紅外輻射的“大氣窗口”的波段進行成像。目前在紅外成像領域研究較多的是采用中波紅外（3μm～5μm）和長波紅外（8μm～14μm）兩個波段進行探測，將這些波段的輻射轉換為人眼可觀測并可供測量分析的圖像數據。
紅外光波具有很強的溫度效應，攜帶輻射目標的溫度信息，這是利用紅外成像進行溫度場測量研究的基礎。基于紅外熱成像的溫度場測量技術是在紅外輻射的基本定律基礎上進行研究的，紅外輻射的基本定律主要有四個：普朗克公式、維恩位移定律、朗伯余弦定律和斯蒂芬·波爾茲曼定律。
當具備理論條件后，首先就由紅外探測器和光學系統對目標物體實施紅外掃描；然后將紅外輻射信息聚集到探測器上，將其轉化成電信號，并進行一系列放大處理；最后將這些信息傳輸到顯示器上，就可以顯示目標物體的溫度分布情況了。紅外熱像儀不僅擁有溫度測量的功能，而且擁有繪制測量對象溫度分布的功能，可以將灰度圖像轉化成偽彩色圖像。

正常情況下，紅外熱像儀的掃描方式可以分為兩種：一種是光機掃描，該掃描形式需要用到單元多元光伏或者廣電導紅外探測器。由于單元探測器會受到幀幅反應速度的制約，系統反應時間較長。通常會利用多元陣列探測器，將溫度分布情況快速準確地顯示出來。第二種是非掃描形式，這是新型的紅外熱像設備，與傳統的光機掃描形式相比，陣列式凝視成像的焦平面熱像儀的優點更加突出，逐漸擠壓了光機掃描儀的市場空間。探測器是焦平面熱像儀的核心部件，可以使目標物體的溫度圖像布滿整個顯示器，該掃描技術的便攜性非常好，圖像的清晰度更高，而且具有放大、自動聚焦、等溫顯示、語音注釋的擴展功能，還可以根據自己的需求擴大存儲空間。
紅外熱像儀可以在不接觸測量物體的情況下準確測量出目標物體的溫度，并將其溫度分布情況在顯示器中顯示出來。紅外熱像儀可以對測量到的溫度進行精確化分析，對出現異常發熱情況的設備故障進行檢測分析。如今半導體技術、紅外光學材料、微電子學等新型技術都應用到紅外熱像儀當中，極大地推動了該技術的發展，出現了能夠顯示二維可視圖像的紅外熱像儀設備。

紅外熱像儀原理圖