对于一切具有温度的物体都可以通过获取并观察其热图像得到其温度分布信息，从而分析得到一些我们感兴趣的结论。热图像在很多领域都有应用，其中最典型的几类有：

1. 目标异常状态监测。这是通过热图像监测目标是否存在不正常的温度值或温度分布，从而起到异常监测的作用。实际应用有森林火灾监测、地区气温监测、电路/芯片故障监测等；

2. 目标识别。这是通过监视一定区域内的温度分布来观察是否有和周围环境温度或温度分布趋势不一致的物体，从而判定出是否有可以目标。实际应用有红外夜视仪、红外制导、红外监控器等；

3. 故障/缺陷检测。这里的故障和缺陷更多的是指无法直接在热图像上看出的故障和缺陷。对于无法直接看出问题的热图像，通过一定的图像处理算法，如热信号重构（TSR）、主成分分析（PCA）、频域分析等，可能会得到隐藏的故障/缺陷信息。实际应用有热无损检测等。

4. 医学临床辅助。对人体的热图像进行分析，可以得到一些能够帮助诊断病情的信息，也可以起到病情预警的作用。