Η θερμική απεικόνιση, που ονομάζεται επίσης θερμογραφία ή θερμικό βίντεο, είναι το μέσο με το οποίο οι άνθρωποι μπορούν να δουν στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Καθώς κάθε αντικείμενο εκπέμπει κάποια ποσότητα θερμικής ακτινοβολίας, η θερμική απεικόνιση είναι ιδανική για την παρατήρηση μιας σκηνής σε συνθήκες ακραίου σκοταδιού ή όταν επισκιάζεται από καπνό, ομίχλη, βροχή ή χιόνι. Ορισμένοι τύποι νυχτερινής όρασης χρησιμοποιούν θερμική απεικόνιση και η θερμική απεικόνιση θεωρείται η καλύτερη μορφή νυχτερινής όρασης, καθώς μπορεί να αποκαλύψει αντικείμενα στις πιο μαύρες νύχτες. Η θερμική απεικόνιση χρησιμοποιείται ευρέως στην ασφάλεια, τον στρατό, τη ναυσιπλοΐα, την επιτήρηση, την πυρόσβεση, τη βιομηχανία, την ιατρική και την επιστήμη.
Το κύριο εργαλείο για τη θερμική απεικόνιση είναι η θερμογραφική κάμερα, η οποία μοιάζει σε εμφάνιση και λειτουργία με μια συμβατική βιντεοκάμερα. Οι θερμικές κάμερες συλλαμβάνουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος κύματος μεταξύ περίπου 0.9 και 14 μικρομέτρων. Αντίθετα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο ορατό τμήμα του φάσματος έχουν μήκος κύματος μεταξύ περίπου 380 και 750 νανόμετρα, σημαντικά μικρότερο από το υπέρυθρο. Αν και οι άνθρωποι δεν είναι βιολογικά ικανοί να βλέπουν το υπέρυθρο φως χωρίς βοήθεια, ορισμένα ζώα μπορούν, ιδίως οι κροταλίες και άλλες οχιές, οι οποίες έχουν ένα καλά ανεπτυγμένο ζευγάρι οργάνων για την εργασία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα όργανα, οι κροταλίες μπορούν να χτυπήσουν με ακρίβεια ένα αντικείμενο, με την όραση και την όσφρησή τους κομμένα, μόλις 0.2 βαθμούς Κελσίου υψηλότερη σε θερμοκρασία από το φόντο του.
Για να διευκολύνουν την ερμηνεία της θερμικής απεικόνισης από τον άνθρωπο, οι θερμικές κάμερες χρησιμοποιούν συχνά ψεύτικο χρώμα στις οθόνες τους, που κυμαίνονται από λευκό για τις πιο καυτές περιοχές έως μοβ και μαύρο για τις πιο κρύες περιοχές. Όσο πιο ζεστό είναι ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερα θερμικά κύματα εκπέμπει. Μερικά από τα πιο καυτά γνωστά αντικείμενα είναι αστέρια και οι αστρονόμοι μπορούν να συναγάγουν έναν τεράστιο όγκο πληροφοριών για ένα αστέρι με ελάχιστες άλλες από την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που εκπέμπει και τη μάζα του. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης θερμική απεικόνιση για να μελετήσουν πώς τα ζώα εκπέμπουν θερμότητα. Για παράδειγμα, οι πολικές αρκούδες είναι πρακτικά αόρατες στην υπέρυθρη φωτογραφία, εκτός μόνο από τη μύτη τους, καθώς το σώμα τους έχει προσαρμοστεί να συγκρατεί τη θερμότητα στο ακραίο κρύο.