Infracrveni termometar se sastoji od optičkog sistema, fotodetektora, pojačala signala, obrade signala, izlaza za displej i drugih delova. Optički sistem koncentriše energiju infracrvenog zračenja mete u svom vidnom polju, čija je veličina određena optikom termometra i njihovom lokacijom. Infracrvena energija se fokusira na fotodetektor i pretvara u odgovarajući električni signal. Signal se pretvara u temperaturnu vrijednost izmjerene mete nakon što se koriguje pojačalo i krug za obradu signala prema internom algoritmu tretmana instrumenta i ciljnoj emisivnosti.
U prirodi, svi objekti sa temperaturom iznad apsolutne nule neprestano emituju energiju infracrvenog zračenja u okolni prostor. Veličina energije infracrvenog zračenja objekta i njena distribucija po talasnoj dužini usko su povezani sa temperaturom površine objekta. Stoga se mjerenjem infracrvene energije koju zrači sam objekt može precizno odrediti temperatura njegove površine, što je objektivna osnova za mjerenje temperature infracrvenog zračenja.