Az infravörös hőmérő optikai rendszerből, fotodetektorból, jelerősítőből, jelfeldolgozásból, kijelzőkimenetből és egyéb részekből áll. Az optikai rendszer a célpont infravörös sugárzási energiáját koncentrálja a látómezőbe, melynek nagyságát a hőmérő optikája és elhelyezkedése határozza meg. Az infravörös energiát egy fotodetektorra fókuszálják, és megfelelő elektromos jellé alakítják. A jelet a műszer belső kezelési algoritmusa és a cél emissziós tényezője szerint az erősítő és a jelfeldolgozó áramkör általi korrekció után alakítja át a mért cél hőmérsékleti értékévé.
A természetben minden abszolút nulla feletti hőmérsékletű objektum folyamatosan infravörös sugárzási energiát bocsát ki a környező térbe. Egy tárgy infravörös sugárzási energiájának nagysága és hullámhossz szerinti eloszlása nagyon szorosan összefügg a tárgy felületi hőmérsékletével. Ezért a tárgy által kisugárzott infravörös energia mérésével pontosan meghatározható annak felületi hőmérséklete, amely az infravörös sugárzás hőmérsékletmérésének objektív alapja.