V inženirstvu obstajata pojma predmet in ozadje. Predmeti so običajne stvari, ki jih je treba zaznati in pregledati (ljudje, vozila, živali itd.), ozadje pa je vse drugo, kar v vidnem polju ni zajeto s predmetom (gozd, trava, stavbe itd.).

Delovanje vseh toplotnih slikovnih sistemov temelji na zaznavanju temperaturnih razlik med dvema stvarma, tj. med predmetom in ozadjem, ter na pretvorbi te razlike v vidno sliko. Ker se vsa telesa ne segrejejo enako, se pojavi slika porazdelitve IR. Večja kot je razlika med intenzivnostjo IR sevanja predmeta in intenzivnostjo IR sevanja ozadja, bolj razločljiva in kontrastna je toplotna slika. Sodobne termovizijske naprave lahko zaznajo temperaturne razlike od 0,015 do 0,07 °C.

Večina enot za nočno gledanje, ki temeljijo na slikovnih ojačevalnikih ali senzorjih CMOS/CCD, zaznava IR sevanje v območju valovnih dolžin od 0,78 do 1 µm, kar je le delček več od spektralne občutljivosti človeškega očesa. Termovizijske enote delujejo v območju valovnih dolžin 3-555 µm (MWIR ali infrardeči valovi srednjih valov) in 8-14 µm (LWIR ali infrardeči valovi dolgih valov). V tem pasu valovnih dolžin so prizemne plasti ozračja prozorne za IR sevanje in emisivnost opazovanih objektov s temperaturami od -50 do +50 °C je največja.

Termovizor je elektronska opazovalna naprava, ki ustvarja sliko temperaturne razlike na opazovanem območju v prostoru. Osnovni sestavni del vsake termovizijske kamere je mikrobolometerski niz (toplotno tipalo), vsak slikovni element tega niza (piksel) pa lahko zelo natančno meri temperaturo.

Prednost termovizorjev je v tem, da ne potrebujejo zunanjih virov osvetlitve, so pasivni sistemi, ki dobro delujejo tako podnevi kot tudi ponoči. Kot smo že omenili, slabe vremenske razmere, kot sta megla ali dež, ne predstavljajo ovir za termovizijsko kamero, saj bi bile zaradi teh razmer običajne enote za nočni vid popolnoma neuporabne.

Delovanje vseh toplotnih slikovnih naprav lahko preprosto opišemo na naslednji način:

• Objektiv toplotne kamere oblikuje temperaturni zemljevid vsega, kar je v vidnem polju, na površino toplotnega senzorja (imenovan tudi zemljevid temperaturnih razlik).
• Mikroprocesor in drugi elektronski elementi preberejo podatke s toplotnega senzorja, jih obdelajo in ustvarijo obliko na zaslonu, ki predstavlja vizualno interpretacijo podatkov. To sliko si nato opazovalec ogleda skozi okular ali neposredno na zaslonu.

Termovizorji imajo več skupnega z digitalnimi napravami nočnega vida kot z napravami nočnega vida z ojačano sliko (običajno imenovanimi analogni sistemi) in omogočajo večje število uporabniških nastavitev in prilagoditev.

Na primer nastavitve svetlosti in kontrasta, nastavitve barv slike, vnos pomožnih informacij v vidno polje (trenutni čas, stopnja napolnjenosti baterije, ikone aktivnih načinov itd.), digitalna povečava, slika v sliki (prikaže povečano sliko opazovanega predmeta ali njegovega dela v dodatnem majhnem oknu) in funkcije izklopa zaslona (uporabljajo se za varčevanje z energijo in preprečevanje osvetljenosti ozadja).

Termovizijski in digitalni puškogledi imajo lahko tudi številne funkcije, ki so strelcu v pomoč, kot so več izbirnih mrežic različnih oblik in barv, priročne in hitre funkcije ničliranja, kot sta “one-shot zeroing” in “Freeze” zeroing, samodejne funkcije popravljanja razdalje, več profilov ničliranja za različne puške, prikaz stranskega nagiba, višinski kot in številne druge.

V primerjavi z analognimi puškogledi za nočno opazovanje je mrežica v digitalnih in termovizijskih napravah običajno “digitalna”, tj. slika mrežice je prekrita s sliko prizorišča z obdelavo videa. Ker sta slika opazovanega predmeta in mrežica v isti ravnini (ravnini prikaza), so učinki, kot je paralaksa, odpravljeni. Mreža se premika elektronsko, kar omogoča odstranitev mehanskih korekcijskih elementov, ki jih običajno najdemo pri analognih puškogledih. Zato je mogoče te mehanske korekcijske elemente, ki zahtevajo drag postopek natančne izdelave in montaže, popolnoma odstraniti iz digitalnih in toplotnih naprav.

Termovizorji imajo lahko vgrajene tudi videorekorderje za snemanje slik in videoposnetkov opazovanih predmetov ter številne druge pomožne funkcije, kot so brezžični prenos podatkov (fotografij, videoposnetkov) (radijski kanal, Wi-Fi) na zunanje naprave, daljinsko upravljanje enote (na primer z mobilno napravo), integracija z laserskim daljinomerom (s prikazom podatkov daljinomera na zaslonu enote) in integracija s senzorji GPS (geopozicioniranje) itd.