热释电红外探测器是利用某些晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应制成的。热释电探测器的电信号正比于探测器温度随时间的变化率，不需要热平衡过程，所以其响应速度比其它探测器快得多，一般热探测器的时间常数典型值在1-0.01s范围，而热释电红外探测器的有效时间常数抵达10^-4—3×10^-5s。
热释电晶体是压电晶体中的一种，具有非中心对称的晶体结构，自然状态下，在某个方向上正负电荷中心不重合，在晶体表面形成一定量的极化电荷，称为自发极化。
晶体温度变化时，可引起晶体正负电荷中心发生位移，因此表面上的极化电荷即随之变化。如下图所示：
铁电体的极化强度（单位表面积上的束缚电荷）与温度有关。当红外线照射到其表面上时，引起铁电体（薄片）温度迅速升高，极化强度很快下降，束缚电荷急剧减少；而表面浮游电荷变化缓慢，跟不上铁电体内部的变化。
从温度变化引起极化强度变化到在表面重新达到电平衡状态的极短时间内，在铁电体表面有多余浮游电荷的出现，这相当于释放出一部分电荷，这种现象称为热释电效应。