紅外熱成像裝置探測紅外光譜成像，而普通攝像機利用可見光譜（0.4～0.76μm）和近紅外光譜（0.76～1μm）。紅外熱成像有長波熱像儀和短波熱像儀之分，長波熱像儀工作於8～14μm（這也是目前商用熱像儀使用最多的波段），短波熱像儀工作於3～5μm。使用這兩個波段是因為其屬於“大氣視窗”具有穩定的大氣透射率，在大氣層中較少被反射、吸收和散射，進行紅外測量效果較好。

紅外熱成像裝置的裝置結構與常規可見光攝像機類似，主要是由鏡頭、擋片、熱紅外探測器、處理電路、顯示單元構成。關鍵技術是熱紅外探測器、訊號處理技術、圖成處理演算法、測溫演算法與校正技術、熱成像鏡頭。熱像儀使用的鏡頭特性與材質不同於普通可見光鏡頭，專用鏡頭只能透過紅外光線通常採用鍺鏡頭材質並做鍍膜處理，所以成本比較高。

紅外鍺鏡頭同樣有標準鏡頭、廣角鏡頭、長焦鏡頭之分，中高檔的熱像儀鏡頭像單反相機一樣是可更換的，以適合不同的應用需要，低端的熱像儀鏡頭則是固定的。低端熱像儀一般搭配定焦鏡頭也被稱為“免調焦鏡頭”，中檔熱像儀一般搭配手動鏡頭，高階熱像儀會搭配自動對焦鏡頭。具有焦距可調的鏡頭可以使得目標區域成像更為清晰銳利。現在智慧手機的後置主攝像頭和數碼相機都具有自動對焦功能。

熱像儀鏡頭與探測器之間通常有一塊活動擋片，這是一些熱像儀所特有的部件和結構，作用是用於內部校準。也就是因為存在該活動擋片機械裝置所以熱像儀在工作時會發出擋片開合的輕微“咔嗒”聲噪音。現在新技術電路的熱像儀已可以省略擋片部件，使得熱像儀在工作時完全安靜也避免了檔片機械機構的故障。

熱像儀的熱紅外探測器作用是將紅外輻射轉換為電訊號，是熱像儀關鍵技術所在。早期的紅外探測器以光伏探測器為基礎基於光子探測技術，優點是成像質量優秀熱靈敏度高，缺點是需要專門的製冷器確保期間熱噪聲低於成像訊號，由此產品很難小型化、低功耗且成本高昂。光子探測技術的熱紅外探測器稱為製冷型熱紅外探測器。現在主流商用熱像儀大多采用非製冷型熱紅外探測器，以微測輻射熱計為基礎，雖然成像質量和熱靈敏度比光子探測略差一些但不需要低溫製冷器體積也小，產品容易小型化、低功耗且成本相對較低。而且現代不斷改進的圖成演算法與校準技術使得非製冷型熱紅外探測器成像效果大為提升，彌補了產品自身的一些不足之處。

目前主流非製冷型熱紅外探測器有氧化釩和非晶矽兩種技術，美國以FLIR公司為代表主推氧化釩技術，法國以ULIS公司為代表主推非晶矽技術。從技術上講氧化釩熱紅外探測器在成像質量方面有一定優勢，不過非晶矽熱紅外探測器近年來在技術上也有很大的進步。