在自然界中，一切溫度高於絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分佈 —— 與它的表面溫度有著十分密切的關係。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。
紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、訊號放大器及訊號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上並轉變為相應的電訊號。紅外測溫儀原理黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為 1。該訊號經過放大器和訊號處理電路，並按照儀器內療的演算法和目標發射率校正後轉變為被測目標的溫度值。
當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段範圍內的紅外輻射量，然後由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例;雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。