Il principio fondamentale alla base di un rivelatore piroelettrico risiede nell'effetto piroelettrico . Questo effetto si verifica in alcuni materiali cristallini che possiedono una polarizzazione elettrica naturale, o "spontanea". Ciò significa che, anche in assenza di un campo elettrico esterno, il materiale presenta un allineamento intrinseco di dipoli elettrici, con conseguente momento di dipolo elettrico netto per unità di volume.
Fondamentalmente, l'entità di questa polarizzazione spontanea dipende dalla temperatura. Quando la temperatura del materiale piroelettrico cambia, il grado di polarizzazione interna varia di conseguenza. Questa variazione di polarizzazione si manifesta come un accumulo di carica elettrica sulle superfici opposte del cristallo, perpendicolari all'asse di polarizzazione.
Se si posizionano degli elettrodi su queste superfici, la variazione della carica superficiale induce una tensione misurabile ai loro capi o, se collegati in un circuito, provoca il passaggio di una corrente. L'aspetto fondamentale è che il sensore risponde alla velocità di variazione della temperatura (dT/dt), non alla temperatura assoluta stessa. Quando la radiazione infrarossa colpisce il sensore, riscalda il materiale piroelettrico. Se la sorgente IR è in movimento o fluttuante, provoca continue variazioni di temperatura, generando un segnale elettrico continuo (solitamente alternato). Se la temperatura si stabilizza, la polarizzazione raggiunge un nuovo equilibrio e la carica si dissipa (spesso per dispersione interna o attraverso il circuito esterno), causando la scomparsa del segnale. Questo è il motivo per cui i rilevatori piroelettrici sono eccellenti per rilevare oggetti caldi in movimento, ma non per misurare con precisione temperature costanti.