Jedes Objekt mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes (0 Kelvin = -273,15 °C) sendet infrarote Strahlung (IR-Strahlung) aus. Das menschliche Auge kann diese aber nicht wahrnehmen, denn es ist in diesem Wellenlängenbereich quasi blind. Nicht so die Wärmebildkamera. Deren Kernstück, der Infrarot-Detektor, ist sensitiv für IR-Strahlung. Aufgrund der Intensität der IR-Strahlung ermittelt er die Temperatur der Objektoberfläche und macht diese für das menschliche Auge durch ein Wärmebild sichtbar. Diesen Prozess nennt man Thermografie.

Um die IR-Strahlung sichtbar zu machen, erfasst sie der Detektor, wandelt sie in elektrische Signale um und gibt jedem Signal eine bestimmte Farbe, die dann im Display der Wärmebildkamera angezeigt wird. Im Grunde übersetzen Wärmebildkameras also Wellenlängen aus dem Infrarot-Spektrum in für Menschen wahrnehmbare Wellenlängen (Farben).

Entgegen eines relativ häufig anzutreffenden Missverständnisses kann man mit einer Wärmebildkamera übrigens nicht in Objekte hineinsehen, sondern deren Oberflächentemperatur sichtbar machen.