Inom ingenjörsvetenskapen finns det begrepp som objekt och bakgrund. Objekt är vanliga saker som måste upptäckas och undersökas (människor, fordon, djur etc.), bakgrunden är allt annat som inte täcks av objektet i synfältet (skog, gräs, byggnader etc.).

Alla värmekamerasystem bygger på att man uppfattar temperaturskillnader mellan två saker, dvs. ett föremål mot en bakgrund, och att man omvandlar dessa skillnader till en synlig bild. Eftersom alla kroppar inte värms upp lika mycket upp, uppstår en bild av IR-fördelningen. Ju större skillnaden mellan ett objekts IR-strålningsintensitet och bakgrundens IR-strålningsintensitet är, desto mer upplösbar och med bättre kontrast blir värmebilden. Moderna värmekameror kan upptäcka temperaturskillnader på 0,015-0,07 °C.

De flesta mörkerseende enheter som bygger på antingen bildförstärkarrör eller CMOS/CCD-sensorer upptäcker IR-strålning i våglängdsområdet 0,78-1 µm, vilket bara är en bråkdel högre än det mänskliga ögats spektralkänslighet. Värmebildsenheter arbetar i våglängdsområdet 3-555 µm (MWIR eller medelvågsinfrarött) och 8-14 µm (LWIR eller långvågsinfrarött). I det här våglängdsbandet är jordytans atmosfäriska skikt genomskinliga för IR-strålning och emissiviteten hos observerade objekt med temperaturer på -50 – +50 °C är högst.

Värmekameran är en elektronisk observationsapparat som skapar en bild av temperaturskillnader i ett observerat område i rummet. Den grundläggande komponenten i varje värmekamera är en mikrobolometermatris (värmesensor) och varje bildelement i matrisen (pixel) kan mäta temperaturen med hög precision.

Fördelen med värmekameror är att de inte behöver någon extern belysning, de är passiva system som fungerar bra både på dagtid och under kolsvarta nattförhållanden. Som tidigare nämnts skapar dåliga väderförhållanden som dimma eller regn inga hinder för värmekameror, utan dessa förhållanden skulle göra vanliga nattseende enheter helt oanvändbara.

Alla värmekameror kan enkelt beskrivas på följande sätt:

• Objektivet på värmekameran bildar en temperaturkarta av allt i synfältet på värmesensorens yta (även kallad temperaturskillnadskarta).
• Mikroprocessorn och andra elektroniska element läser data från värmesensorn, bearbetar dem och skapar en form på displayen som representerar en visuell tolkning av data. Denna bild betraktas sedan av en observatör genom ett okular eller direkt på en skärm.

Värmekameror har mer gemensamt med digitala mörkerseende enheter än bildförstärkta mörkerseende enheter (vanligen kallade analoga system) och möjliggör ett större antal användardefinierade inställningar och justeringar.

Till exempel inställningar för ljusstyrka och kontrast, inställningar för bildfärg, införande av tilläggsinformation i synfältet (aktuell tid, batteriladdningsnivå, ikoner för aktiva lägen etc.), digital zoom, bild-i-bild (visar en inzoomad bild av det observerade objektet eller en del av det i ett extra litet fönster) och funktioner för att stänga av displayen (används för att spara energi och undvika exponering av bakgrundsbelysning).

Värmekameror och digitala kikarsikten kan också ha många funktioner som kan hjälpa skytten, t.ex. flera valbara nät med olika former och färger, bekväma och snabba nollställningsfunktioner som “one-shot zeroing” och “Freeze zeroing”, automatiska avståndsrelaterade korrigeringsfunktioner, flera nollställningsprofiler för olika gevär, indikation av sidovinkel, elevationsvinkel och mycket mer.

I jämförelse med analoga mörkerseende kikarsikten är retikeln i digitala och termiska bildskärmar vanligtvis “digital”, dvs. retikelbilden läggs över bilden av scenen genom videobearbetning. Eftersom bilden av det observerade objektet och retiklarna är placerade i samma plan (visningsplanet) elimineras effekter som parallax. Avsikten flyttas elektroniskt, vilket gör det möjligt att ta bort de mekaniska korrigeringselement som vanligtvis finns på analoga kikarsikten. Därför kan dessa mekaniska korrigeringselement, som kräver en kostsam precisionstillverkning och monteringsprocess, avlägsnas helt och hållet från digitala och termiska enheter.

Värmekameror kan också ha inbyggda videobandspelare för att ta bilder och videor av observerade objekt och många andra hjälpfunktioner, t.ex. trådlös dataöverföring (foto, video) (radiokanal, Wi-Fi) till externa enheter, fjärrstyrning av enheten (t.ex. med hjälp av en mobil enhet), integrering med en laseravståndsmätare (där data från avståndsmätaren visas på enhetens skärm) och integrering med GPS-sensorer (geopositionering) osv.