Kamera termowizyjna jest urządzeniem służącym do rejestrowania rozkładu temperatury na powierzchni obiektu, wykorzystującym zjawisko emisji promieniowania podczerwonego przez wszystkie obiekty fizyczne posiadające temperaturę większą od zera bezwzględnego (-273,15 °C). Promieniowanie podczerwone jest falą elektromagnetyczną o długości fali wyższej od światła (pasmo 0,7 do 1000 mikrometrów).

Intensywność tego promieniowania jest proporcjonalna do temperatury obiektu, przy czym ze wzrostem temperatury zmniejsza się również emitowana długość fali. Należy przy tym zaznaczyć, że każdy obiekt, poza własną emisją, odbija także promieniowanie z otoczenia, wobec czego w celu prawidłowego pomiaru temperatury należy znać lub wyznaczyć emisyjność / współczynnik odbicia.

Kamera termowizyjna wykorzystuje detektor promieniowania podczerwonego, w zależności od konstrukcji pracujący w temperaturze otoczenia lub wymagający chłodzenia do poziomu ok. 60 K (ok. -213 °C) – co często realizowane jest w oparciu o miniaturowy silnik Stirlinga, a także soczewki wykonane z odpowiednich metali (np. germanu) – szkło jest tu nieprzydatne, ponieważ odbija promieniowanie.

Współczesne kamery są urządzeniami o wysokiej czułości - praktyczne rozpoznawanie gradientów temperatury na poziomie 0,1°C i dokładność pomiaru rzędu 1,0°C. Zakres wykrywanego promieniowania w standardowych kamerach to ok. 8 - 14 mikrometrów (tzw. długofalowe detektory podczerwieni), rozdzielczość obrazu w wysokiej klasy urządzeniach komercyjnych osiąga 1024  x 768 pikseli.

Gazy są dobrym przewodnikiem promieniowania podczerwonego i jako takie nie są widoczne dla standardowej kamery termowizyjnej (podobnie jak powietrze dla oka), jednakże pochłaniają one pewną, niewielką część tego promieniowania – o ściśle określonej długości fali, odpowiadającej częstości rezonansowej cząsteczki gazu.

Dzięki zastosowaniu średniofalowych detektorów podczerwieni (pasmo wykrywania ok. 3 - 5 mikrometrów) oraz wąskopasmowych filtrów podczerwieni (długość fali 3,2 – 3,4 mikrometra) - odpowiadających pasmu pochłaniania dla gazów węglowodorowych, odpowiednio przystosowana kamera termowizyjna może uchwycić obraz tych gazów, w tym również metanu. Kamery tego typu oferowane są przez kilu producentów, w tym jako głowice do zastosowania na dronach.

Gaz widoczny jest w postaci półprzezroczystej chmury załamującej obraz (efekt podobny do dymu lub powietrza falującego nad rozgrzanym asfaltem). Dla lepszego zobrazowania, kamery te posiadają dodatkowo wewnętrzny algorytm porównujący miedzy sobą kolejne klatki obrazu (tryb różnicowy – podwyższonej czułości), co pozwala podkreślić ruch chmury gazu na obrazie i ułatwić jej identyfikację.

Praktyczne zastosowanie kamer do wykrywania gazu wymaga doświadczonego operatora, potrafiącego wychwycić na obrazie chmurę gazu (nie zawsze dobrze widoczną, zwłaszcza w przypadku niewielkich wycieków) oraz dobrej stabilizacji urządzenia (wymagana stabilna ręka operatora, wskazane jest użycie statywu, a w przypadku zastosowań na dronie – wysokiej klasy gimbala).