与光子探测器将光子能量直接转换为光电子的光电效应不同，热敏红外探测器是利用红外辐射的热效应，通过热与其他物理量的变换来探测红外辐射的。物质的某些性质随入射光的加热作用引起的温度升高而变化的现象称为热敏效应。热敏效应的特点是入射光与材料的晶格相互作用，晶格因吸收光能而振动能量增加，材料温度上升，从而引起与温度有关的物理，化学或者电学参量发生变化。这些效应主要包括：塞贝克效应、热敏电阻效应、热释电效应、热弹性效应、隧道效应、液晶色变和气体压力改变等效应。
　　热敏红外探测器的响应信号取决于辐射功率或者其变化率，与红外辐射的光谱成分无关。由于探测器的加热和冷却是一个比较缓慢的过程，因此与光子探测器相比，热敏探测器的响应速度较慢。一般情况下，光子探测器的响应时间为微秒级，而热探测响应时间为毫秒级。热敏红外探测器主要包括热释电、温差电堆和微测辐射热计红外探测器三种类型。
 　　一、热释电红外探测器
 　　研究发现，部分晶体（如硫酸三甘肽、铌酸锶钡等）沿某一特定的方向切割成薄片，并在两表面制作电极形成平板电容后，当晶体温度发生变化时，电容两端将产生电压。这种当材料表面温度发生变化后，因材料自发极化而在材料表面释放出电荷的现象称为热释电效应。如果将该电容器上接上负载电阻，则会产生热释电电流根据热释电效应设计的红外探测器就是热释电红外探测器。
 　　热释电材料仅在温度变化时才产生响应电流，这是热释电探测器区别于其他热敏红外探测器（如微测辐射热计、热电堆）的重要标志。这个特点也决定了热释电红外探测器必须在斩波器协助下才能正常工作。如果不使用斩波器，除非场景中有活动目标，否则热释电电荷将自动消散，场景图像将渐隐。不过增加斩波器后，整个红外成像系统结构将变得复杂。
 　　热释电材料可分为三类：单晶热释电、陶瓷热释电和薄膜热释电。在众多热释电材料中，BST（钛酸锶钡，BaxSr1-xTiO3）陶瓷材料是目前研究得最成熟也是最成功的一种热释电陶瓷材料。热释电红外探测器是目前热探测器中的佼佼者，这种探测器除具有一般热探测器点，如宽光谱响应、室温工作等优点外，还具有以下特殊优点：
 　　1.探测器输出信号与灵敏元温度变化率成正比，而与绝对温度无关，因而无需自身的热平衡，响应速度较快；
 　　2.热释电探测元本身可以作为一个滤波器，可以将一定量的噪声旁路分离掉，噪声较小；
 　　3.电荷存储具有积分特性，能存储由瞬时信号释放的总电荷，此时电荷的测量取决于瞬时的总量；
 　　4.无需加偏压，读出电路设计简单。不过由于热释电红外探测器需要斩波器协助才能正常工作，因此与热电堆、测辐射热计比较而言，成像系统结构复杂。
 　　二、温差热电堆红外探测器
 　　温差热电堆红外探测器是利用材料的塞贝克（Seebeck）效应工作的。塞贝克效应是热能转换为电能的现象，当两种金属或者半导体材料一端欧姆接触而另两端开路时，如果接触端与开路端形成温度差，则在两开路端之间会产生一定的电势差，这种由于温度梯度使得材料内部的载流子由热端向冷端移动而在冷端形成电荷积累的现象，就称为塞贝克效应。这种结构就称为热电偶。若干热电偶串连起来就形成热电堆，与单个热电偶相比，热电堆由于电势叠加，便于获得相当可观的电信号。如果将热电堆的接触端与一吸收红外辐射的小黑体连接在一起，则当小黑体吸收红外辐射能量后，加热接触端温度升高，依据塞贝克效应，在分离端将产生温差电动势。电动势的大小与入射的红外辐射能量间存在一个确定的关系，依据这种原理制成的红外探测器称为温差热电堆红外探测器。
 　　用于热电堆红外探测器的常用热偶对材料有多晶硅和金、多晶硅和铝、P型(Bi1-xSbx)2Te3和N型Bi1-xSbx薄膜材料对以及N型和P型多晶硅材料对。其中N型和P型多晶硅材料对由于具有较高的赛贝尔系数和优值，制作工艺与集成电路工艺兼容等优点，是当前研究得比较深入也是最有前途的热偶探测材料。与其他热敏型红外探测器相比，热电堆红外探测器响应灵敏度不高，热响应时间较长，因此在器件性能方面并不具有竞争优势。不过热电堆红外探测器制作容易与集成电路工艺兼容，信号后处理电路也比较简单，具有低成本的潜力，在对红外成像图像质量要求不高的社区保安、安全监控，汽车辅助驾驶等领域具有一定的应用前景。
 　　三、微测辐射热计红外探测器
 　　微测辐射热计是利用热敏材料的电阻率对温度的敏感特性进行红外探测的。常用的热敏材料主要有金属和半导体薄膜。当温度增加时，金属薄膜电子迁移率下降，薄阻增加，TCR（电阻温度系数，TemperatureCoefficientofResistance）为正值，一般在量级[16~19]。由于金属薄膜的TCR较低，因此该类薄膜仅在原型器件开发中得到应用。与金属薄膜相比，以氧化钒和非晶硅为代表的半导体材料的TCR一般要高一个数量级，是目前最常用的热敏材料。当温度升高时，半导体材料的电荷载流子浓度和迁移率增大，电阻率随着材料温度升高而减小，显示出负的TCR。
 　　微测辐射热计红外探测器具有无需斩波、制作工艺与集成电路制造工艺兼容，便于大规模生产等优点，具有相当大的发展潜力，是目前发展速度最快、性能最好和最具有应用前景的一种热敏型红外探测器。
 　　除以上三种主要的热敏红外探测器外，还有基于其他物理热效应的红外热探测器，
 　　主要包括：
 　　1.利用物理的热胀冷缩效应，如水银温度计，气体高莱瓶等；
 　　2.共振频率与温度的相关性，如石英晶振非致冷红外探测器；
 　　3.双材料微悬梁悬臂弯曲与温度的相关性，如基于双材料微悬臂的电容读出和光学读出的非致冷红外探测器；
 　　4.热光效应。利用材料的折射率－温度相关性研制的红外探测器。