Le principe fondamental d'un détecteur pyroélectrique repose sur l' effet pyroélectrique . Cet effet se produit dans certains matériaux cristallins qui possèdent une polarisation électrique naturelle, ou « spontanée ». Cela signifie que même en l'absence de champ électrique externe, le matériau présente un alignement intrinsèque de dipôles électriques, ce qui engendre un moment dipolaire électrique net par unité de volume.
De manière cruciale, l'amplitude de cette polarisation spontanée dépend de la température. Lorsque la température du matériau pyroélectrique varie, le degré de polarisation interne varie en conséquence. Cette variation de polarisation se manifeste par une accumulation de charges électriques sur les surfaces opposées du cristal, perpendiculaires à l'axe de polarisation.
Si des électrodes sont placées sur ces surfaces, la variation de charge superficielle induit une tension mesurable à leurs bornes ou, si elles sont connectées à un circuit, provoque la circulation d'un courant. L'élément clé est que le capteur réagit à la vitesse de variation de la température (dT/dt), et non à la température absolue elle-même. Lorsqu'un rayonnement infrarouge frappe le capteur, il chauffe le matériau pyroélectrique. Si la source infrarouge est en mouvement ou fluctue, elle provoque des variations de température continues, générant un signal électrique continu (généralement alternatif). Lorsque la température se stabilise, la polarisation atteint un nouvel équilibre et la charge se dissipe (souvent par fuite interne ou à travers le circuit externe), ce qui entraîne la disparition du signal. C'est pourquoi les détecteurs pyroélectriques sont excellents pour détecter les objets chauds en mouvement, mais pas pour mesurer avec précision des températures constantes.