Meski tujuannya sama, yakni untuk mengukur suhu, cara kerja termometer tembak sangat berbeda dengan termometer "reguler". Mekanisme kerjanya bisa dilihat dari ilustrasi gambar yang dibuat oleh kanal YouTube bernama GalcoTV berikut. Seperti dilihat pada gambar, untuk dapat mendeteksi suhu sebuah objek, termometer tembak bakal menyerap radiasi elektromagnetik (sinar inframerah) yang sejatinya dipancarkan atau dipantulkan oleh sebuah objek yang sedang dibidik. Sinar inframerah tersebut lantas bakal menembus lensa termometer dan dihantarkan ke sebuah alat pendeteksi (detector) suhu bernama thermopile. Modul thermopile kemudian mengubah pancaran radiasi tadi menjadi energi panas untuk kemudian dikonversikan menjadi energi listrik. Energi listrik inilah yang bakal diukur oleh termometer dan akan mengeluarkan hasil berupa besaran suhu yang ditampilkan di layar thermometer tembak
