Испускаемый источником свет уносит с собой энергию. Существует много различных механизмов подвода энергии к источнику света. В тех случаях, когда необходимая энергия сообщается нагреванием, то есть подводом тепла, излучение называется тепловым или температурным. Этот вид излучения представлял для физиков конца XIX века особый интерес, так как в отличие от всех других видов люминесценции, тепловое излучение может находиться в состоянии термодинамического равновесия с нагретыми телами.
Изучая закономерности теплового излучения тел, физики надеялись установить мост между термодинамикой и оптикой.

Если в замкнутую полость с зеркально отражающими стенками поместить несколько тел, нагретых до различной температуры, то, как показывает опыт, такая система с течением времени приходит в состояние теплового равновесия, при котором все тела приобретают одинаковую температуру. Тела обмениваются энергией только путем испускания и поглощения лучистой энергии. В состоянии равновесия процессы испускания и поглощения энергии каждым телом в среднем компенсируют друг друга, и в пространстве между телами плотность энергии излучения достигает определенного значения, зависящего только от установившейся температуры тел. Это излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с телами, имеющими определенную температуру, называется равновесным или черным излучением. Плотность энергии равновесного излучения и его спектральный состав зависят только от температуры.

Если через малое отверстие заглянуть внутрь полости, в которой установилось термодинамическое равновесие между излучением и нагретыми телами, то глаз не различит очертаний тел и зафиксирует лишь однородное свечение всей полости в целом.Откажемся от нефизических идеальных зеркальных стенок, воспользуемся для выделения плотности их антиподом - абсолютно черными стенками. Эта термодинамическая температура, имеющая определенную температуру θ и обладающая следующими идеализирующими реальную ситуацию модельными свойствами своей поверхности:

а) она целиком поглащает любое падающее на нее электромагнитное излучение;

б) она спускает электромагнитные колебания любых частот и в любых направлениях (даже если на нее падают плоские монохроматические волны).

Термодинамика самих стенок нас не интересует, важно, что они обеспечивают состояние термодинамического равновесия в самом излучении и его равновесность по отношению к стенкам. Пусть nωdω - среднее число фотонов с частотами в диапазоне, приходящихся на 1 см³ рассматриваемой системы. В силу изотропности системы в направлении (γ, φ) в раствор дифференциально малого угла dΩ летит в среднем фотонов:

 Подсчитаем теперь давление равновесного излучения на стенку, считая ее абсолютно черной. Нормальное давление, создаваемое фотонами, падающими с частотами (ω, ω+dω) на стенку в направлении угла (γ, φ) фотонов. Подсчитаем теперь давление равновесного излучения на стенку, считая ее абсолютно черной с частотами (ω, ω+dω), падающими на стенку в направлении угла (γ, φ) - это нормальная составляющая импульса , передаваемого этими фотонами при их поглощении единице площади стенки за секнду

Но так как система равновесна, а стенки абсолютно черные, то в том же направлении, и в том же спектральном интервале стенка испустит за ту же секунду столько же фотонов, сколько на нее упало и поглотилось. А это значит, что нормальная составляющая отдачи на стенку будет вдвое больше учтенной выше. Полное давление на стенку, связанное с фотонами, имеющими частоты в диапазоне (ω, ω+dω) и падающими на единичную площадку стенки (и излучаемыми ею) по всем возможным направлениям 0<γ<π/2, 0<φ<2π, равно:) угола летит:

где ρ_ω(θ)= ℏωn_ω - спектральная плотность энергии равновесного излучения.

 В равновесном случае полный поток фотонов с частотами (ω, ω+dω) и в любом направлении (γ, φ) должен быть скомпенсирован до нуля:

 Если проинтегрировать dp_ω по всем частотам получим полное давление, создаваемое равновесным излучением, то получим p=U(θ)/3, U(θ) - имеет смысл плотности энергии равновесного излучения.Мы получили, что воздействие равновесного электромагнитного излучения на стенки имеет характер давления, величина которого является характеристикой самого равновесного излучения и числено равна трети плотности его энергии. Нетрудно получить закон Стефана-Больцмана: U(θ)= σθ⁴ , σ - константа интегрирования.Так же можно получить закон Вина и формулу Планка:

Тепловое излучение широко распространено в природе и технике. Так, оно ответственно за передачу тепловой (и световой) энергии от Солнца к Земле, играя важное значение в процессе распространения тепловой энергии Солнца через земную атмосферу. Широчайшее распространение теплообмен излучением нашел и в технике, особенно в различных теплоэнергетических установках (котлах, печах, топках, двигателях ракетной, авиационно-космической и автомобильной техники), то есть там, где происходит процесс сгорания топлива с образованием высокотемпературных продуктов сгорания. Вообще, в любых объектах с температурами в сотни и тысячи градусов, теплообмен излучением играет важную роль, которая сильно возрастает (примерно в четвертой степени) с повышением температуры. По этой причине теплообмен излучением находит применение и проявляется в термоядерных устройствах, лазерной технике, аппаратах химических технологий и др. объектах со сравнительно высокой температурой рабочего тела.

Тепловые инфракрасные камеры преобразуют энергию инфракрасных волн в видимый свет на видеоэкране. Все объекты с температурой выше 0К излучают тепловую инфракрасную энергию, поэтому инфракрасные камеры могут пассивно видеть все объекты независимо от наличия окружающего освещения. Тем не менее, большинство тепловых камер видят только объекты, теплее −50 °C. Спектр и уровень теплового излучения сильно зависит от температуры поверхности объекта. Это даёт возможность тепловой камере видеть температуру объектов. Тем не менее, другие факторы также влияют на излучение, регистрация которого ограничивается точностью техники. Например, излучение зависит не только от температуры объекта, но также и от отражающей способности объекта. Так, излучение, первоначально испускаемое окружающей средой, отражается объектом и к нему присоединяется излучение самого объекта, а регистрироваться приборами будет только общая величина.

Любой объект, обладающий какой-то температурой, становится источником электромагнитного (теплового) излучения, в том числе – человеческое тело. Длина волны этого излучения зависит от температуры и находится в инфракрасной части спектра. Это излучение невидимо для глаза и улавливается только датчиками. Их еще называют PIR-датчиками. PIR – это аббревиатура от слов «passive infrared» или «пассивные инфракрасные» датчики. Пассивные – потому что датчики сами не излучают, а только воспринимают излучение с длиной волны от 7 до 14 µм. Человек излучает тепло. Его тепловое изображение в инфракрасных лучах показывает распределение температуры по поверхности тела. Более нагретые предметы выглядят светлее, более холодные – темнее(рис.2), т.к. излучают меньше тепла. PIR-датчик содержит чувствительный элемент, который реагирует на изменение теплового излучения. Если оно остается постоянным – электрический сигнал не генерируется. Для того, чтобы датчик среагировал на движение, применяют специальные линзы (линзы Френеля) с несколькими фокусирующими участками, которые разбивают общую тепловую картину на активные и пассивные зоны, расположенные в шахматном порядке. Человек, находясь в сфере работы датчика, занимает несколько активных зон полностью или частично. Поэтому, даже при минимальном движении происходит перемещение из одних активных зон в другие, что вызывает срабатывание датчика. Фоновая тепловая картина, как правило, меняется очень медленно и равномерно. Датчик на нее не реагирует. Высокая плотность активных и пассивных зон позволяет датчику надежно определить присутствие человека даже при малейшем движении.На рис.1 показаны зоны спектора солнечного света. Зона 1: коротковолновая, ультрафиолетовая часть спектра, невидимая для глаза человека. Зона 2: видимая часть спектра. Зона 3: длинноволновая, инфракрасная часть. Зона 4: Тепловое излучение человека.

Тепловизор — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров - 0,1°С. Более подробная информация доступна в разделе Термография.Тепловизор является дорогостоящим прибором. Его основные элементы - матрица и объектив составляют около 90% общей стоимости. Матрицы весьма сложны в производстве, но со временем, по заверениям экспертов, их цена может снизиться. С объективами ситуация сложнее: их нельзя сделать из стекла, потому что этот материал не пропускает ИК-излучение. По этой причине для создания объективов применяются редкие и дорогие материалы (например, германий). В наши дни активно ведутся поиски более дешёвых материалов.