בטבע, כל העצמים עם טמפרטורות מעל האפס המוחלט פולטים כל הזמן אנרגיית קרינה אינפרא אדומה לחלל שמסביב. גודל אנרגיית הקרינה האינפרא-אדום של עצם והתפלגותו לאורך הגל קשורים קשר הדוק לטמפרטורת פני השטח שלו. לכן, על ידי מדידת אנרגיית האינפרא אדום המוקרן על ידי עצם עצמו, ניתן לקבוע במדויק את טמפרטורת פני השטח שלו; זהו הבסיס האובייקטיבי לתרמומטריית קרינה אינפרא אדומה.
מדחום אינפרא אדום מורכב ממערכת אופטית, גלאי צילום, מגבר אותות, עיבוד אותות ופלט תצוגה. המערכת האופטית ממקדת את אנרגיית הקרינה האינפרא-אדום של המטרה בתוך שדה הראייה שלה; גודל שדה הראייה נקבע על ידי הרכיבים האופטיים ומיקומם. אנרגיית האינפרא אדום ממוקדת בפוטו-גלאי ומומרת לאות חשמלי מתאים. אות זה מוגבר ומעובד על ידי מעגל עיבוד האותות, ולאחר תיקון לפי האלגוריתם הפנימי של המכשיר ופליטת המטרה, הוא מומר לערך הטמפרטורה של המטרה הנמדדת. בנוסף, יש להתייחס לתנאי הסביבה של המטרה ושל המדחום, כגון טמפרטורה, אטמוספירה, זיהום והפרעות, יחד עם שיטות תיקון מתאימות לגורמים אלו המשפיעים על מדדי ביצועים.
