ウィリアム・ハーシェルが赤外線の存在を証明する実験に使った水銀温度計が、もっとも原始的な赤外線センサということができる。
量子型 (冷却型).
量子型（冷却型）赤外線センサは、光エネルギーによって起こる電気現象を検知するもの。赤外線域に感度があり、狭いバンドギャップを持つフォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトICなどが用いられる。
冷却措置としては、ジュール＝トムソン効果やスターリング冷凍機が用いられることが多い。赤外線宇宙望遠鏡の場合は冷却材が喪失した時点で事実上の寿命を迎える物もあり、最近は冷却材の喪失後は他の観測機での観測に切り替えて運用する場合が多い。
熱型 (非冷却型).
熱型（非冷却型）赤外線センサは、赤外線を受光して熱によってセンサーが温められ、素子温度が上昇することで生じる電気的性質の変化を検知するものである。
量子型（冷却型）と比して感度、応答速度は低いが、波長帯域が広く常温で使えるのが特徴である。熱電効果を利用した熱電素子（サーモパイルなど）、焦電効果を利用した焦電素子（PZTなど）、温度による電気抵抗の変化を利用したボロメータなどがある。また、温度に応じて可逆的に変色する感温液晶マイクロカプセルを塗布した撮像素子による赤外線画像の撮像方法もある。
常温で使用でき、冷却措置を必要としないことから小型、軽量化できるが、その反面で、素子の熱容量に影響を受けるため、解像度や階調、残像、感度など、画質は冷却型と比較した場合に劣る。
なお、熱型（非冷却型）赤外線センサによる撮像素子の場合、熱源と背景の赤外線の放射量の差が存在しなければ何も検知することができない。すなわち、背景と熱源の温度差が小さい場合は背景と熱源を見分けることが難しく、温度差が無い場合には原理的に撮影することができない。また、常温でも作動するものの、熱雑音の影響排除による感度向上のため、ペルティエ素子などによる冷却措置が導入されることもある。
形状による分類.
受光素子の原理に応じた上記のような分類とは別に、これらの素子