Le thermomètre infrarouge se compose d'un système optique, d'un photodétecteur, d'un amplificateur de signal, d'un traitement du signal, d'une sortie d'affichage et d'autres pièces. Le système optique concentre l'énergie du rayonnement infrarouge de la cible dans son champ de vision, dont la taille est déterminée par l'optique du thermomètre et son emplacement. L'énergie infrarouge est focalisée sur un photodétecteur et convertie en un signal électrique correspondant. Le signal est converti en valeur de température de la cible mesurée après avoir été corrigé par l'amplificateur et le circuit de traitement du signal en fonction de l'algorithme de traitement interne de l'instrument et de l'émissivité cible.
Dans la nature, tous les objets dont la température est supérieure au zéro absolu émettent constamment de l'énergie rayonnante infrarouge dans l'espace environnant. L'amplitude de l'énergie de rayonnement infrarouge d'un objet et sa distribution par longueur d'onde sont très étroitement liées à la température de surface de l'objet. Par conséquent, en mesurant l'énergie infrarouge rayonnée par l'objet lui-même, sa température de surface peut être déterminée avec précision, ce qui constitue la base objective de la mesure de la température de rayonnement infrarouge.