A mérnöki tudományban létezik a tárgy és a háttér fogalma. A tárgyak olyan hétköznapi dolgok, amelyeket fel kell ismerni és meg kell vizsgálni (emberek, járművek, állatok stb.), a háttér pedig minden más, amit a látómezőben lévő tárgy nem fed le (erdő, fű, épületek stb.).

Minden hőkamerás rendszer működése a két dolog, azaz egy tárgy és a háttér közötti hőmérsékletkülönbség érzékelésén és e különbség látható képpé alakításán alapul. Mivel nem minden test egyformán melegszik fel, az IR-eloszlás képe jelenik meg. Minél nagyobb a különbség a tárgy infravörös sugárzásának intenzitása és a háttér infravörös sugárzásának intenzitása között, annál jobb felbontású és kontrasztosabb lesz a hőkép. A korszerű hőkamerák 0,015-0,07°C hőmérsékletkülönbség érzékelésére képesek.

A legtöbb képerősítő csöveken vagy CMOS/CCD érzékelőkön alapuló éjjellátó egység az IR-sugárzást a 0,78-1 µm hullámhossz-tartományban érzékeli, ami csak töredékével haladja meg az emberi szem spektrális érzékenységét. A hőkamerák 3-555 µm (MWIR vagy középhullámú infravörös) és 8-14 µm (LWIR vagy hosszúhullámú infravörös) hullámhossztartományban működnek. Ebben a hullámhosszsávban a földfelszíni légköri rétegek átlátszóak az IR-sugárzás számára, és a megfigyelt objektumok -50 – +50°C hőmérsékletűek emissziós tényezője a legmagasabb.

A hőkamera egy elektronikus megfigyelőeszköz, amely a tér egy megfigyelt területén a hőmérséklet-különbségről alkot képet. Minden hőkamera alapvető eleme egy mikrobolométeres tömb (hőérzékelő), és e tömb minden egyes képeleme (pixel) képes nagy pontossággal mérni a hőmérsékletet.

A hőkamerák előnye abban rejlik, hogy nincs szükségük külső megvilágításra, passzív rendszerek, amelyek nappal és éjjel is jól működnek. Mint már említettük, a rossz időjárási körülmények, például a köd vagy az eső nem jelentenek akadályt a hőkamerák számára, ezek a körülmények teljesen használhatatlanná tennék a hagyományos éjjellátó egységeket.

Az összes hőkamerás készülék működése egyszerűen a következőképpen írható le:

• A hőkamera objektív objektívje a látómezőben lévő mindenről hőmérséklet-térképet formál a hőérzékelő felületére (más néven hőmérséklet-különbség-térképet).
• A mikroprocesszor és más elektronikus elemek adatokat olvasnak be a hőérzékelőből, feldolgozzák azokat, és a kijelzőn olyan alakzatot hoznak létre, amely az adatok vizuális értelmezését jelenti. Ezt a képet a megfigyelő egy okuláron keresztül vagy közvetlenül a képernyőn keresztül nézi.

A hőkameráknak több közük van a digitális éjjellátó eszközökhöz, mint a képerősített éjjellátó eszközökhöz (amelyeket általában analóg rendszereknek neveznek), és több felhasználó által meghatározott beállítást és kiigazítást tesznek lehetővé.

Például a fényerő és a kontraszt beállításai, a képszín beállításai, a segédinformációk bevezetése a látómezőbe (aktuális idő, az akkumulátor töltöttségi szintje, az aktív üzemmódok ikonjai stb.), digitális zoom, kép a képben (a megfigyelt objektum vagy annak egy részének zoomolt képe egy további kis ablakban jelenik meg) és a kijelző kikapcsolása (energiatakarékosság és a háttérvilágítás expozíciójának elkerülése érdekében).

A hőkamerás és digitális céltávcsövek számos olyan funkcióval is rendelkezhetnek, amelyek segíthetik a lövészt, mint például a többszörösen kiválasztható, különböző formájú és színű retikulák, kényelmes és gyors nullázási funkciók, mint például az “egylövéses nullázás” és a “Freeze” nullázás, automatikus távolságfüggő korrekciós funkciók, több nullázási profil a különböző puskákhoz, az oldalirányú dőlés, az emelkedési szög és sok más.

Az analóg éjjellátó céltávcsövekhez képest a digitális és a hőkamerás eszközökben a retikula általában “digitális”, azaz a retikula képe videófeldolgozással kerül a helyszínképre. Mivel a megfigyelt objektum képe és az ablaktáblák ugyanabban a síkban (a megjelenítési síkban) helyezkednek el, az olyan hatások, mint a parallaxis, megszűnnek. Az ablaktábla mozgatása elektronikusan történik, ami lehetővé teszi az analóg céltávcsöveken általában megtalálható mechanikus korrekciós elemek eltávolítását. Ezért ezek a mechanikus korrekciós elemek, amelyek költséges precíziós gyártási és összeszerelési folyamatot igényelnek, teljesen eltávolíthatók a digitális és termikus eszközökből.

A hőkamerák beépített videofelvevőkkel is rendelkezhetnek a megfigyelt objektumokról készült képek és videók rögzítésére, valamint számos egyéb kiegészítő funkcióval, mint például vezeték nélküli adatátvitel (fotó, videó) (rádiócsatorna, Wi-Fi) külső eszközökre, a készülék távvezérlése (például mobileszközzel), lézeres távolságmérővel való integráció (a távolságmérő adatai megjelennek a készülék képernyőjén), GPS-érzékelőkkel való integráció (geopozicionálás) stb.