เทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติคัล เครื่องตรวจจับแสง เครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ เอาต์พุตการแสดงผล และส่วนอื่นๆ ระบบออปติคัลรวบรวมพลังงานรังสีอินฟราเรดของเป้าหมายไว้ภายในขอบเขตการมองเห็น ขนาดที่กำหนดโดยเลนส์ของเทอร์โมมิเตอร์และตำแหน่งของพวกมัน พลังงานอินฟราเรดมุ่งเน้นไปที่เครื่องตรวจจับแสงและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน สัญญาณจะถูกแปลงเป็นค่าอุณหภูมิของชิ้นงานที่วัดได้หลังจากได้รับการแก้ไขโดยแอมพลิฟายเออร์และวงจรประมวลผลสัญญาณตามอัลกอริธึมการรักษาภายในของเครื่องมือและการแผ่รังสีเป้าหมาย
ในธรรมชาติ วัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์จะปล่อยพลังงานรังสีอินฟราเรดออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง ขนาดของพลังงานรังสีอินฟราเรดของวัตถุและการกระจายตามความยาวคลื่นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุ ดังนั้น โดยการวัดพลังงานอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากตัววัตถุเอง จึงสามารถกำหนดอุณหภูมิพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นพื้นฐานวัตถุประสงค์สำหรับการวัดอุณหภูมิรังสีอินฟราเรด