现代的热成像装置工作在中红外区域（波长3~5um）或远红外区域（波长8~12um）。通过探测物体发出的红外辐射，热成像仪产生一个实时的图像，从而提供一种景物的热图像。并将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏，能探测到小于0.1℃的温差。工作时，热成像仪利用光学器件将场景中的物体发出的红外能量聚焦在红外探测器上，然后来自与每个探测器元件的红外数据转换成标准的视频格式，可以在标准的视频监视器上显示出来，或记录在录像带上。由于热成像系统探测的是热而不是光，所以可全天候使用；又因为它完全是被动式的装置，没有光辐射或射频能量，所以不会暴露使用者的位置。
热成像原理是一种被称为“红外热成像”的神奇技术能够将热辐射图像转换成可见光图像，它能让人们看到过去看不到的东西。实现这一转换的设备称为热像仪，通过这个热像仪，可以让我们在漆黑的夜里看到有如白天的景象。 如今，一种被称为“红外热成像”的神奇技术能够将热辐射图像转换成可见光图像，它能让人们看到过去看不到的东西。实现这一转换的设备称为热像仪，通过这个热像仪，可以让我们在漆黑的夜里看到有如白天的景象。 自然界中的物体，除了具有我们所熟悉的可见光图像外，还具有一种红外热辐射图像，但人的肉眼看不到红外热辐射，这是因为它所发出的是红外线，为不可见光。
现在我们来看看热像仪是如何完成这一转换的。光机扫描机构将红外望远镜所接收的景物热辐射图分解成热辐射信号，并聚焦到红外探测器上，探测器与图像视频系统一起将热辐射信号放大并转换成视频信号，通过显示器人们就可以看到一幅幅神奇的画面。热像仪能够在几百分之一摄氏度内识别出温度的微小差异。热成像技术是根据所有物体都发热这一事实来实现的。尽管许多物体从外表看不出什么，但在其上仍有冷热之分。借助热图上的颜色我们可以看到温度的分布，红色、粉红表示比较高的温度，蓝色和绿色表示了较低的温度。
所有不处于绝对零度的物体，均会发出不同波长的电磁辐射，物体的温度越高，分子或原子的热运动越剧烈，则红外辐射越强。辐射的频谱分布或波长与物体的性质和温度有关。衡量物体辐射能力大小的量，称为辐射系数。黑颜色或表面颜色较深的物体，辐射系数大，辐射较强；亮颜色或表面颜色较浅的物体，辐射系数小，辐射较弱。人眼仅能看到很狭窄的一段波长的电磁辐射，称为可见光谱。而对于波长在0.4um以下或0.7um以上的辐射，人眼则无能为力了。电磁波谱中红外区域的波长在0.7um~1mm之间，人眼看不到红外辐射。
红外线是一种肉眼不可见的光线，在1800年被英国天文学家威廉·赫谢尔发现，又称为红外热辐射。红外辐射本质是一种电磁辐射，在物理学上定义波长在0.75~1000μm的电磁波。红外辐射的波长介于可见光和微波之间，其短波与可见光波段的红光相邻，长波段与微波相接。
根据红外辐射的产生机理、红外辐射的应用和发展情况并结合考虑了红外辐射在地球大气层中的传输特性，进一步将0.75~1000μm的红外辐射划分为四个波段：
（1）近红外或短波红外，波长范围为0.75~3μm；
（2）中红外或中波红外，波长范围为3~6μm；
（3）远红外或长波红外，波长范围为6~15μm；
（4）极远红外，波长范围为15~1000μm。
红外辐射虽然不能直接被人眼感知，但它却是自然界中最广泛存在的辐射之一。任何温度在绝对零度（-273.15℃）以上的物体都会源源不断的向外辐射包括红外辐射在内的全谱段辐射信号，辐射能力的大小与物体表面的温度和材料的特性有关，温度越高，辐射的能量越大。
红外热成像仪运用光电技术以被动的方式探测物体所发出的红外辐射，算出物体表面每一点的温度，以不同的颜色来显示不同的温度，从而转换为可供人类视觉分辨的图像和图形。红外热成像仪可以突破人类视觉障碍，能在完全黑暗的环境下探测到物体，即使在有烟雾、粉尘的情况下也可实现探测，且不需要光源照明，因此可以全天候使用。由于红外热成像具有隐蔽性好、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点，在军事和民用领域都发挥着越来越重要的作用。