制冷器的工作原理包括物理和化学两种方法。根据使用场合和所需要制冷温度不同，可利用不同原理制成适当的制冷器。热成像系统使用的多为物理方法。主要有：

红外热像技术相变制冷

即利用制冷工作物质相变吸热效应，如使用灌注式杜瓦瓶的液氮、液氢等的制冷；

红外热像技术焦耳效应制冷

即当高压气体的温度低于本身的转换温度并通过一个很小的节流孔时，气体的膨胀会使温度下降。如焦-汤制冷器，特点是结构简单、可靠性高、质量轻、体积小、无振动、无运动部件、噪声小、成本低、致冷速度快，致冷时间通常只需15～60s（秒）。

红外热像技术气体等熵膨胀制冷

即气体在等熵膨胀时，借膨胀机的活塞向外输出机械功，膨胀后气体的内位能要增加，从而要消耗气体本身的内功能来补偿，致使膨胀后温度显著降低。如斯特林闭循环制冷器，其特点是功耗低、尺寸小、质量轻。

红外热像技术帕尔帖效应制冷

即用N型半导体和P型半导体作用偶对，当有直流电通过时电偶对一端发热，另一端变冷，如热电制冷器，又称为半导体或温差电制冷器。热电探测器的主要优点是：全固态化器件、结构紧凑、寿命长；无运动部件，不产生噪音；不受环境影响；可靠性高。缺点是制冷器的性能系数（COP）较低，致冷量小，效率低；

红外热像技术热辐射交换制冷

如在外层空间利用外层宇宙的高真空，深低温来制冷。它的显著特点是无运动部件、长寿命、功耗小、无振动干扰。缺点是对轨道和卫星的构形有要求，对环境要求严格，入轨后需经过一段时间的加热放气后才能工作。