Todo objeto emite radiação eletromagnética. O comprimento de onda da radiação depende da temperatura. O sol, por exemplo, tem temperatura de 5.000 Kelvin e emite radiação com comprimento de onda de pico em torno de 550 nanômetros (nm), bem no meio do espectro visível. Objetos mais frios, como aviões, carros e corpos humanos, também emitem radiação, mas em comprimentos de onda muito maiores, com pico em torno de 8 ou 9 micrômetros (µm). Imageadores térmicos nos permitem ver esses comprimentos de onda invisíveis.
Ondas eletromagnéticas cobrem um espectro de energia que vai de raios gama de alta energia a ondas de rádio de baixa energia. A energia transportada por uma onda eletromagnética depende de seu comprimento de onda. Raios gama têm comprimento de onda de cerca de um centésimo de nanômetro, ou um centésimo de bilionésimo de metro. Ondas de rádio podem ter comprimentos de onda de muitos metros. Entre esses extremos estão o infravermelho próximo, médio e longo. O infravermelho médio e longo cobrem o espectro de cerca de 2 µm (2 milionésimos de metro) a cerca de 100 µm.
Mercúrio-Cádmio-Telureto é um semicondutor sensível a radiação de 5 µm a 12 µm. Esta é a região central chamada de "infravermelho térmico", especificamente porque são os comprimentos de onda emitidos por objetos como pessoas, edifícios e carros. A maioria dos detectores MCT precisa ser resfriada a temperaturas criogênicas, seja com nitrogênio líquido ou resfriador mecânico. O MCT é muito sensível, mas também caro e relativamente de vida curta.
Antimonieto de Índio é outro semicondutor sensível a comprimentos de onda de infravermelho médio e longo. InSb é mais comumente usado na banda de 3 a 5 µm. Nesta banda de infravermelho médio, a diferença entre o sinal de um escapamento de carro e um corpo humano, por exemplo, é bastante grande, o que significa que a faixa dinâmica do detector deve ser ajustada para corresponder ao alvo esperado. Para desempenho ótimo, o usuário precisa selecionar entre um ganho alto sensível a alvos frios ou um ganho menor onde o sinal de alvos quentes não sobrecarregará o detector. Ainda assim, detectores InSb são frequentemente operados "sem resfriamento", mas isso não significa que não sejam resfriados — apenas que não precisam ser resfriados até temperaturas criogênicas. Isso os torna geralmente mais baratos e mais confiáveis que MCT.
Microbolômetros de silício são dispositivos que medem a mudança de temperatura devido à radiação absorvida. Um quadrado fino de silício é termicamente isolado por ser suspenso em minúsculos pilares de silício acima de um microcircuito de leitura de silício. Qualquer mudança de temperatura é devida à radiação atingindo o quadrado suspenso, não à condução através do chip de silício. O microbolômetro muda sua resistência com a temperatura. Teoricamente, esses detectores são sensíveis a toda radiação que os atinge, mas são projetados com algum mecanismo de filtro para limitar sua resposta a uma região espectral dada, digamos de 7 a 14 µm. Podem operar sem resfriamento como InSb, mas também podem operar sem qualquer resfriamento. Esses detectores são mais baratos que fotodiodos e podem imaginar as mesmas cenas com sensibilidade apenas ligeiramente menor.
Detectores fotônicos de poço quântico são projetados para ter uma janela específica e muito estreita de sensibilidade energética. Esses detectores são fabricados a partir de muitas camadas finas de um material semicondutor, mais frequentemente arsenieto de gálio. A finura das próprias camadas cria uma estrutura confinada, um poço quântico, que absorve apenas uma faixa estreita de energia. Colocando muitas camadas ligeiramente diferentes umas sobre as outras, os detectores automaticamente fornecem informação espectral detalhada de cada pixel. Como objetos a uma dada temperatura têm uma razão específica de um comprimento de onda em relação a outro, informações mais detalhadas sobre a temperatura da cena podem ser obtidas de QWIPs do que de outras tecnologias, embora a um preço mais alto. QWIPs são uma tecnologia relativamente nova e devem ser operados a temperaturas criogênicas.
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