Het gebruik van Thermische Remote Sensing is gebaseerd op de registratie van warmtestraling die door het aardoppervlak wordt uitgezonden. Deze straling vindt voor een belangrijk deel plaats in het golflengtebereik van 8 tot 14 micrometer. Opnamen die zijn gemaakt met behulp van een Thermisch Infrarood Scanner geven inzicht in de horizontale temperatuurverdeling aan de aardoppervlakte binnen het opgenomen gebied.
Alle objecten die een temperatuur hebben die hoger is dan het absolute nulpunt, zenden warmtestraling uit. Volgens de Wet van Wien ligt het maximum van de emissie bij (2900 μm)/T, waarbij T de temperatuur is (uitgedrukt in Kelvin = Celsius +273.15).
Emissies voor objecten ('black bodies') van verschillende temperaturen.
Bij zeer lage temperaturen vindt de emissie voornamelijk plaats in het radiogebied (o.a. microgolven). Bij aardse temperaturen (20°C) wordt het grootste deel van de straling uitgezonden in het thermisch infrarode gebied (8-11 μm). Bij zeer hoge temperaturen wordt straling uitgezonden in het zichtbare deel van het spectrum ('roodgloeiend').
Sensoren die gebruik maken van deze warmtestraling, zullen dus ook 's nachts opnamen kunnen maken. De straling wordt echter wel beïnvloed door bewolking en door waterdamp.
Thermische satellietbeelden hebben nu een lage resolutie van enkele tientallen meters. Toepassingen van thermische satellietbeelden vinden dan ook voornamelijk plaats in de wetenschap (zeetemperatuur oceanen).
Thermische beelden laten zien welke percelen braak liggen (rood / warm) en op welke percelen gewassen geteeld worden (blauw / koud) [NASA].
Optisch beeld (links) en thermisch infrarood beeld (rechts) van Noordwest-Europa, genomen op hetzelfde tijdstip. Thermisch infrarode beelden geven informatie over de hoogte van bewolking.
Ook in de meteorologie zijn thermische beelden waardevol. Op basis van alleen het optische beeld is het moeilijk om aan te geven op welke hoogte bewolking zich bevindt. Hiervoor geeft een infraroodbeeld wat meer informatie. Op dit beeld, van hetzelfde tijdstip, zien we verschillen in grijstint, die een gevolg zijn van verschillen in temperatuur. Zo is het land vele malen warmer dan de bewolking en daardoor donkerder van tint dan de bewolking. Ook binnen de bewolking zien we verschillen in grijstint. Een goed voorbeeld hiervan is het wolkendek ten westen van Noorwegen. Op het zichtbaarlichtbeeld zien we goed reflecterende bewolking terwijl de bewolking een grijze tint heeft op het infraroodbeeld. Hoe kouder de bewolking, des te lichter is zij van tint. De temperatuur van de bewolking hangt vaak samen met de hoogte ervan, waarbij hogere bewolking kouder is. Aan de hand hiervan kunnen we zeggen dat de bewolking in vergelijking met het aardoppervlak (zwart) en de hoge bewolking (fel wit) zich redelijk dicht bij het aardoppervlak bevindt.