Každé uskupení hmoty o teplotě nad absolutní nulu (0 K = -273,15 °C) vysílá infračervené záření, odpovídající jeho teplotě. To se nazývá charakteristické záření. Jeho příčinou je vnitřní mechanický pohyb molekul. Intenzita tohoto pohybu závisí na teplotě objektu.
Protože pohyb molekul představuje přemísťování náboje, je vyzařováno elektromagnetické záření (fotonové částice). Tyto fotony se pohybují rychlostí světla a chovají se dle známých optických zákonů.
Mohou být odkláněny, soustředěny čočkami nebo odráženy odraznými povrchy. Spektrum tohoto vyzařování pokrývá vlnové délky od 0,7 do 1000 μm. Z tohoto důvodu toto záření nemůže být normálně viditelné pouhým okem. Tato oblast vlnových délek se nazývá "infra"-červená.
Na diagramu níže je zobrazeno vyzařování těles při různých teplotách. Jak je patrno, tělesa při vysokých teplotách vyzařují ještě i malé množství viditelného záření. Na diagramu je rovněž vidět, že maximum vyzařování se posunuje směrem ke stále kratším vlnovým délkám když roste teplota měřeného objektu a že křivky tělesa se při různých teplotách nepřekrývají.
Vyzařovaná energie v celém vlnovém rozsahu (plocha pod každou křivkou) roste se 4. mocninou teploty. Tyto vztahy byly zjištěny v r.1879 Stefanem a Boltzmannem a ilustrují, že z vyzařovaného signálu lze jednoznačně určit teplotu.
Ideální by bylo nastavit infračervený teploměr na co nejširší možné vlnové pásmo, aby získal co nejvíce energie neboli signálu z měřeného tělesa. Jsou však určité případy, v kterých to není vždy výhodné. Například intenzita vyzařování při 2 μm roste mnohem více se zvyšováním teploty než při 10 μm. Čím větší je rozdíl vyzařování při určitém teplotním rozdílu, tím přesněji infračervený teploměr pracuje. Podle posunu maxima vyzařování ke kratším vlnovým délkám s rostoucí teplotou (Wienův zákon posunu) odpovídá rozsah vlnových délek měřicímu teplotnímu rozsahu pyrometru. Při nízkých teplotách infračervený teploměr pracující při 2 μm by přestával pracovat pod 600 °C a neviděl by téměř nic, neboť by bylo příliš málo vyzařované energie.
Dalším důvodem pro výrobu přístrojů s různými vlnovými rozsahy jsou vlastnosti emisivity některých materiálů známých jako "ne-šedá tělesa" (např. sklo, kovy a plastové povlaky). Diagram zachycuje vyzařování ideálního, tzv. "černého tělesa". Mnoho těles však emituje při stejné teplotě méně energie. Vztah mezi skutečnou vyzařovanou energií a energií vyzařovanou černým tělesem stejné teploty je znám jako emisivita ε (epsilon) a může mít maximální hodnotu 1 (těleso v tom případě odpovídá ideálnímu černému tělesu) a minimální hodnotu 0. Tělesa s emisivitou menší než 1 se nazývají šedá tělesa. Tělesa, jejichž emisivita závisí rovněž na teplotě a vlnové délce se nazývají ne-šedá tělesa (non-gray bodies).
Mnoho nekovových materiálů jako je dřevo, plasty, guma, organické materiály, kámen nebo beton mají povrch, který odráží velmi málo, a proto mají vysokou emisivitu mezi 0,8 a 0,95. Naopak kovy - zvláště ty s leštěným nebo lesklým povrchem – mají emisivitu kolem 0,1. Infračervené teploměry to kompenzují nabídkou proměnných hodnot nastavení faktoru emisivity.
Bezdotykové teploměry
Bezdotykové teploměry doznaly v poslední době značného pokroku a rozšíření díky pokroku v elektronice a optice. Přístroje byly původně označovány jako radiační pyrometry nebo radiační teploměry, nyní často jako IR-teploměry. Radiační pyrometry nacházely původně uplatnění v takových provozech a aplikacích, kde bylo třeba měřit vysoké teploty často v malém prostoru, kde nebylo možno použít dotykový teploměr. Jednalo se zejména o aplikace v metalurgii, chemickém a zejména silikátovém průmyslu (sklářství, cementárny, vápenky, keramický průmysl). V průběhu posledních let se aplikace IR-teploměrů posunula k nižším teplotám, včetně měření teplot nižších než 0 °C, takže se s nimi setkáváme v potravinářství, elektronice, průmyslu papírenském, farmaceutickém, textilním, gumárenském, při zpracování plastických hmot apod. Přenosné IR-teploměry nacházejí široké uplatnění při detekci tepelných ztrát a poruch, při kontrole potrubních systémů, nádrží apod.
Optický systém infračervených teploměrů zachycuje infračervenou energii vyzařovanou z kruhové měřené plochy a soustřeďuje ji na detektor. Měřený objekt musí úplně vyplňovat tuto měřenou plochu, jinak teploměr "vidí" jiné teplotní vyzařování z pozadí, což způsobuje nepřesnost naměřených hodnot.
Optické rozlišení D:S je definováno jako vztah mezi vzdáleností měřicího přístroje od měřeného objektu (S) a průměrem měřené plochy (D). Čím větší je tato hodnota, tím lepší je optické rozlišení měřicího přístroje a tím menší může být měřená plocha při dané vzdálenosti.
Hlavními výhodami bezdotykových teploměrů jsou rychlost a snadnost měření, možnost měření i vzdálených nebo pohybujících se předmětů a předmětů pod napětím, bez ovlivnění měřených povrchů.
