熱紅外線探測器也通常稱為能量探測器，其原理是利用輻射的熱效應，通過熱電變換來探測輻射。入射到紅外探測器光敏面的輻射被吸收后，引起響應元的溫度升高，響應元材料的某一物理量隨之而發生變化。
利用不同物理效應可設計出不同類型的熱紅外探測器，其中最常用的有電阻溫度效應（熱敏電阻）、溫差電效應（熱電偶、熱電堆）和熱釋電效應。
由于各種熱紅外探測器都是先將輻射轉化為熱并產生溫升，而這一過程通常很慢，熱探測器的時間常數要比光子探測器大得多。熱探測器性能也不象光子探測器那樣有些已接近背景極限。
即使在低頻下，它的探測率要比室溫背景極限值低一個數量級，高頻下的差別就更大了。因此，熱紅外線探測器不適合用于快速、高靈敏度的探測。熱探測器的最大優點是光譜響應范圍較寬且較平坦。