El principio fundamental de un detector piroeléctrico reside en el efecto piroeléctrico . Este efecto se produce en ciertos materiales cristalinos que poseen una polarización eléctrica natural o "espontánea". Esto significa que, incluso en ausencia de un campo eléctrico externo, el material presenta una alineación inherente de dipolos eléctricos, lo que resulta en un momento dipolar eléctrico neto por unidad de volumen.
Fundamentalmente, la magnitud de esta polarización espontánea depende de la temperatura. Cuando la temperatura del material piroeléctrico cambia, el grado de polarización interna también cambia. Este cambio en la polarización se manifiesta como una acumulación de carga eléctrica en las superficies opuestas del cristal, perpendicular al eje de polarización.
Si se colocan electrodos sobre estas superficies, el cambio en la carga superficial induce una tensión medible entre ellos o, si se conectan en un circuito, provoca el flujo de una corriente. El aspecto clave es que el sensor responde a la tasa de cambio de temperatura (dT/dt), no a la temperatura absoluta en sí. Cuando la radiación infrarroja incide sobre el sensor, calienta el material piroeléctrico. Si la fuente de infrarrojos se mueve o fluctúa, provoca cambios continuos de temperatura, lo que genera una señal eléctrica continua (generalmente alterna). Si la temperatura se estabiliza, la polarización alcanza un nuevo equilibrio y la carga se disipa (a menudo por fugas internas o en el circuito externo), lo que provoca la desaparición de la señal. Por esta razón, los detectores piroeléctricos son excelentes para detectar objetos calientes en movimiento, pero no para medir temperaturas constantes con precisión.