Wärmebildgeräte arbeiten mit einem ganz speziellen System, welches die Wärmeabstrahlung von Menschen, Tieren oder Objekten für das menschliche Auge sichtbar macht. Hierbei werden entweder sogenannte pyroelektrischen Arrays oder auch Bolometer-Arrays verwendet. Pyroelektrische Arrays arbeiten nach dem Prinzip des pyroeletrischen Effekts, welcher von manchen Ionenkristallen bekannt ist. Diese Kristalle weisen eine permanente, elektrische Polarisation auf. Wird nun eine Seite eines solchen Kristalls erwärmt oder abgekühlt, ladet sich die gegenüberliegende Seite entgegengesetzt elektrisch auf. Die so entstehende Spannungsdifferenz kann mithilfe von Elektroden aufgenommen und für die Wärmebilderzeugung verwendet werden.

Bei einem Bolometer-Array handelt es sich vereinfacht gesagt um einen Strahlungssensor, welcher in der Lage ist Wärmestrahlung aufzunehmen. Die Wärmestrahlung kann dabei beispielsweise von Lichtquellen, Maschinen oder auch von Lebewesen stammen. Selbst die Wärmeentwicklung, welche durch Abstrahlung von Infrarot- und Ultraviolettlicht entsteht, kann von einem Bolometer-Array zur Wärmebilderzeugung verwendet werden.

Im Gegensatz zu Nachtsichtgeräten mit Bild- und Restlichtverstärkern können viele Wärmebildgeräte auch bei Tageslicht eingesetzt werden. Diesen Umstand verdanken diese optischen Hilfsmittel den integrierten Objektiven, welche aus einkristallinem Geranium gefertigt wurden. Sehr empfindliche Wärmebildgeräte ermöglichen sogar das Auffinden von Fuß- oder Fahrspuren, da selbst die darin enthaltene, minimale Restwärme von den sehr empfindlichen Geräten aufgenommen werden kann.

Wärmebildgeräte haben im Vergleich zu Nachtsichtgeräten mit Bild- und Restlichtverstärker einen sehr hohen Anschaffungspreis. Daher finden Wärmebildgeräte im privaten Bereich kaum Anwendung, sondern werden fast ausschließlich für polizeiliche oder militärische Zwecke eingesetzt. Hierbei kommen sie bei der Bewachung von Grenzübergängen und Objekten, sowie zum Auffinden von Personen zum Einsatz. Modernste Geräte bieten sogar die Möglichkeit durch dünne Wände blicken zu können. Derartige Geräte werden beispielsweise von Spezialeinheiten der Polizei oder des Militärs benutzt.