光学高温计是基于光谱辐射原理的测温仪表，物体在高温状态下会发光，在可见光的波长范围(0.35～0.75)内，高温物体的热辐射以光的形式表现出来，其辐射的强度与光的亮度之间有一定的关系。实际物体在某一波长λ下的光谱辐射亮度和光谱辐射出射度是成正比的，即

    对一个确定的物体(可近似认为固定不变)，在可见光波长范围内的某一波长下，因为实际物体的光谱辐射出射度与物体温度呈单值函数关系，所以光谱辐射亮度必定与温度之间也呈现出单值对应关系。这就是光学高温计测温的基本原理。通过直接测量光谱辐射亮度来确定物体的温度比较困难，光学高温计则是采用亮度比对法，具体的实现原理为：光学高温计中装有一只亮度可调的灯泡，作为比较光源。测温时，在某一波长下用灯泡灯丝的光谱辐射亮度与被测物体的光谱辐射亮度进行比较，通过改变灯丝电流人工调整灯丝的亮度，使二者亮度相等，该灯泡亮度与其灯泡灯丝的电气参数(电流或电阻)之间有一一对应关系，因此测出其电气参数就测量出物体的亮度，从而测量出物体的温度值，终实现非接触的温度测量。其结构示意和亮度比对示意如下图所示。

    光学高温计由光学系统与电气系统两部分组成。光学系统包括物镜、目镜、红色滤光片、灯泡、吸收玻璃等。物镜和目镜均可移动、调整，移动物镜可把被测物体的成像落在灯丝所在平面上。移动目镜是为了使人眼同时清晰地看到被测物体与灯丝的成像，以比较两者的亮度。红色滤光片的作用是与人眼构成“单色器”，以保证在一定波长(0.66左右)下比较两者的光谱辐射亮度。测量线路用来测量与灯丝亮度相应的灯丝的电流、电压降或电阻等电气参数，并终显示温度示值。在图中采用的是测量灯丝两端的电流。不同型号的光学高温计的结构大同小异。灰色吸收玻璃的作用是吸收部分辐射能量，在防止灯丝升华的同时提高量程。

    在使用光学高温计测量温度时，人眼通过目镜看到的图像如图所示。在被测对象的背景上有一根灯丝，如看到的是暗的背景上亮的灯丝，则说明灯丝亮度高于被测物体的亮度，应调整灯丝电流使其亮度降低；如背景亮而灯丝发黑，则灯丝亮度比被测物体的亮度低，应调整增高灯丝亮度。直到灯丝隐灭而只是看不到时(即灯丝顶部与对象分不清)，则说明两者亮度相等，即可读取测量结果了。鉴于这一原理，光学高温计也常常称为灯丝隐灭式光学高温计。

    光学高温计存在不宜测量反射光很强的物体、测量精度比热电偶和热电阻低、亮度比较的判断及调整均要人工进行，不能连续自动进行测量，同时带来人员的主观误差等缺陷。