在線紅外測溫儀由光學系統、調制器、紅外傳感器、放大器和指示器等部分組成；
光學系統可以是透射式的、也可以是反射式的。透射式光學系統的部件是用紅外光學材料制成的。
高溫（700℃以上）測量儀器，有用波段主要在0.76-3μm的近紅外區，可選用一般光學玻璃或石英等材料。
中溫(100-700℃)測量儀器，有用波段主要在3-5μm的中紅外區，多采用氟化鎂、氧化鎂等熱壓光學材料。
測量低溫(100℃以下)儀器，有用波段主要在5-14μm的中遠紅外波段，多采用鍺、硅、熱壓硫化鋅等材料。
調制器就是把紅外輻射調制成交變輻射的裝置。一般是用微電機帶動一個齒輪盤或等距離孔盤，通過齒輪盤或帶孔盤旋轉，切割入射輻射而使投射到紅外傳感器上的輻射信號成交變的。因為系統對交變信號處理比較容易，并能取得較高的信噪比。
它有一個氣室，以一個小管道與一塊柔性薄片相連。薄片的背向管道一面是反射鏡。氣室的前面附有吸收膜,它是低熱容量的薄膜。
在室的另一邊，一束可見光通過柵狀光闌聚焦在柔鏡上，經柔鏡反射回來的柵狀圖像又經過柵狀光闌投射到光電管上。
高萊氣動型傳感器是利用氣體吸收紅外輻射后，溫度升高，體積增大的特性，來反映紅外輻射的強弱。
紅外輻射通過窗口入射到吸收膜上，吸收膜將吸收的熱能傳給氣體，使氣體溫度升高氣壓增大，從而使柔鏡移動。
在室的另一邊，一束可見光通過柵狀光闌聚焦在柔鏡上，經柔鏡反射回來的柵狀圖像又經過柵狀光闌投射到光電管上。
當柔鏡因壓力變化而移動時，柵狀圖像與柵狀光欄發生相對位移，使落到光電管上的光量發生改變，光電管的輸出信號也發生改變。這個變化量就反映出入射紅外輻射的強弱。這種傳感器的恃點是靈敏度高，性能穩定。但響應時間長，結構復雜、強度較差，只適合于實驗室內使用。
在線紅外測溫儀的應用主要體現在以下幾個方面：
1、紅外輻射計：用于輻射和光譜輻射測量。
2、搜索和跟蹤系統：用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對其運動進行跟蹤。
3、熱成像系統：能形成整個目標的紅外輻射分布圖像。
4、紅外測距系統：實現物體間距離的測量。（利用的是紅外線傳播時的不擴散原理，因為紅外線在穿越其它物質時折射率很小，所以長距離的測距儀都會考慮紅外線）
5、通訊系統：紅外線通信作為無線通信的一種方式。
6、混合系統：是指以上各類系統中的兩個活多個組合。