Eine Wärmebildkamera (auch als Thermografiekamera oder beim Militär Wärmebildgerät bezeichnet) ist ein bildgebendes Gerät ähnlich einer herkömmlichen Kamera, das jedoch Infrarotstrahlung empfängt. Die von Infrarotkameras genutzte Strahlung liegt im Wellenlängenbereich von 0,7 bis 1000 µm. Wärmebildkameras nutzen allerdings aufgrund der typischen Emissionswellenlängen in der Nähe der Umgebungstemperatur den Spektralbereich von 3,5 bis 14 µm (mittleres Infrarot, kurz MIR). Dieser Bereich ist auch für die Messung und bildliche Darstellung von Temperaturen im Umgebungstemperaturbereich geeignet, wenn der Emissionsgrad bekannt ist. Dieser streut allerdings materialabhängig sehr zwischen 0,012 und 0,98 – entsprechend ungenau kann die Temperaturzuordnung ausfallen.

Die normale Atmosphäre ist in diesem Bereich aufgrund ihrer Zusammensetzung weitgehend transparent, die Strahlung der Sonne sowie künstliche Lichtquellen stören dabei nicht.

Das Verfahren, mittels einer Wärmebildkamera Bilder zu erzeugen, nennt man Thermografie. Thermografie ist ein bildgebendes Verfahren, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Objektes oder Körpers sichtbar macht. Bei der Thermografie werden Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen erfasst und dargestellt. Die Thermografie ist ein berührungsloses Messverfahren, das heißt, es können auch weit entfernte Objekte abgebildet werden. Die Erfassung schnell ablaufender Bewegungen war allerdings durch die oft geringe Bildfolgefrequenz (wenige Hz bis etwa 50 Hz) begrenzt. Mittlerweile gibt es im High-End-Sektor jedoch schon Hochgeschwindigkeitsthermographiesysteme, die über 1000 Bilder pro Sekunde aufnehmen können.

Zusätzlich zur passiven Temperaturmessung (zum Beispiel Restwärme von Körpern) kann auch eine aktive Bestrahlung durch Infrarotstrahler erfolgen. Darauf basieren beispielsweise Verfahren zur Materialprüfung.

Bilder, die von Infrarotkameras erzeugt werden, liegen zunächst in Graustufen vor. Gängige Kameramodelle sind in der Lage, bis zu 256 (8 bit) Graustufen aufzulösen. Allerdings ist es für den menschlichen Betrachter nicht möglich, derart feine Graustufungen aufzulösen; es ist daher nützlich, Bilder in Falschfarbendarstellung zu erzeugen, wozu fast alle Wärmebildkameras in der Lage sind. Das Auge vermag Farbunterschiede besser als Helligkeitsunterschiede zu unterscheiden. Im so eingefärbten Bild ist die „Helligkeit“, die auf eine thermische Anomalie hinweist, durch eine Änderung der angezeigten Farbe repräsentiert anstatt durch unterschiedliche Graustufen. Für die Einfärbung der Grauwert-Bilder stehen gewöhnlich verschiedene Farbpaletten zur Verfügung. Oft wird der hellste – der wärmste – Teil des Bildes weiß, die Zwischentemperaturen werden in Gelb- und Rottönen und die dunklen (gleich kälteren) Teile des Bildes in Blautönen dargestellt.

Die geometrische Auflösung von kommerziellen Thermografiekameras ist beträchtlich niedriger als bei Kameras für den sichtbaren Spektralbereich. Sie liegt typischerweise bei 160 × 120, 320 × 240 oder 384 × 288 Bildpunkten (Pixel). Neuerdings werden auch Detektoren mit 640 × 480 Pixeln eingesetzt. Durch Micro Scanning kann die Kameraauflösung auf bis zu 1280 × 960 verbessert werden. Die Auflösung bestimmt im Zusammenspiel mit den eingesetzten Objektiven beziehungsweise dem Gesichtsfeld (Field of View) der Kamera den kleinsten definierbaren Messfleck des Thermografiesystems.

Die Objektivlinsen von Thermografiekameras bestehen aus einkristallinen Halbleitermaterialien.