Wszystkie obiekty emitują energię podczerwieni znaną jako sygnatura cieplna. Kamera termowizyjna (nazywana również kamerą podczerwieni) służy do wykrywania i pomiaru energii podczerwieni obiektów. Kamera przetwarza dane termograficzne w obraz elektroniczny, na którym przedstawiona jest pozorna temperatura powierzchni kontrolowanego obiektu.
System optyczny kamery termowizyjnej skupia energię podczerwieni na specjalnym układzie detektora (matrycy czujników), który zawiera tysiące pikseli detektora ułożonych w formie siatki.
Każdy piksel w matrycy czujników reaguje na skupioną na nim energię podczerwieni oraz wytwarza sygnał elektroniczny. Procesor kamery pobiera sygnał z każdego piksela i przy zastosowaniu obliczeń matematycznych tworzy kolorową mapę temperatury pozornej obiektu. Każda wartość temperatury jest przedstawiona innym kolorem. Uzyskana matryca kolorów jest przesyłana do pamięci i do wyświetlacza kamery pod postacią obrazu temperatury (termogramu) danego obiektu.
Wiele kamer termowizyjnych zawiera również kamerę światła widzialnego, która przy każdym naciśnięciu spustu automatycznie rejestruje standardowy obraz cyfrowy. Nakładanie na siebie tych obrazów ułatwia korelację problematycznych obszarów z obrazu w podczerwieni z rzeczywistym badanym urządzeniem lub obszarem.
Technologia IR-Fusion® (opracowana przez firmę Fluke) umożliwia łączenie obrazów wykonanych w świetle widzialnym i w podczerwieni — piksel po pikselu. Istnieje możliwość dostosowania intensywności obrazu w świetle widzialnym oraz w podczerwieni w celu dokładniejszej obserwacji problemu w podczerwieni lub dokładniejszej jego lokalizacji w świetle widzialnym.
Oprócz podstawowych kamer termowizyjnych występują również modele z szeroką gamą dodatkowych opcji, które umożliwiają automatyzację pracy, zapisywanie notatek głosowych, zwiększanie rozdzielczości, rejestrowanie i strumieniowe przesyłanie obrazów wideo oraz pomoc w przeprowadzaniu analiz i tworzeniu raportów.