红外线是众多不可见光线的一种，又称红外光、红外热辐射，其波长介于微波与可见光之间（波长在0.76-1000 微米间）。理论上，所有温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外辐射红外线，而红外线能量的大小与物体表面的温度和材料特性直接相关，温度越高，红外线能量就越大。目前红外热像仪一般选择不易被大气吸收的 3~5μm、8~14μm 的热红外线作为主要工作波段，工作在 3～5 μm 波段的称为中波红外探测器，工作在 8～14 μm 波段的称为长波红外探测器。而不同探测目标有不同的辐射特点，需要根据目标辐射温度、背景辐射环境、探测距离等因素来综合考虑选择的探测器。
具体来说，红外热像仪将探测到的热红外线转换为可见图像分为三个环节。第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射转变为微弱电信号；第二步是利用后续电路将微弱的电信号进行放大和处理，从而采集到目标物体温度分布情况；第三步是通过图像处理软件对上述电信号转换为电子视频信号，通过显示系统得到可见图像。
红外热像仪系统主要由包括红外光学系统、机芯、智能处理电路、电池、外壳、显示屏等组成的完整系统。
其中，机芯主要由红外探测器及带有算法的数字图像处理电路构成。机芯的工作原理是将探测器输出的微弱电信号进行处理以及数字化采样，通过算法对数字化后的信号进行图像和温度定量的处理，最终将目标物体温度分布图转化为视频图像。
而红外探测器是红外热像仪的核心组件，主体为红外焦平面阵列，利用焦平面阵列将红外辐射信号转化为电信号，其性能决定了最终成像的清晰度和灵敏度，结构上主要由 CMOS 读出电路及 MEMS 传感器两部分组成。上层的 MEMS 传感器用于吸收红外辐射能量，能量产生的温度变化引起材料电阻变化，CMOS 读出电路将微小的电阻变化以电信号的方式输出。