在研发应用中，准确性、可靠性、灵敏度和高性能是至关重要的，这样是红外热像仪被广泛应用到科研领域的重要缘由，其中包括：工业研究、学术研究、无损实验、材料分析、安防和航天科技。
一、工业研发
热像仪能帮助开发人员分析、观测和量化研发项目的散热和热属性。此举有利于开发项目的热效率得到持续、稳定的控制，缩短设计周期，避免代价高昂的产品召回。
电气检测
印刷电路板设计面临的挑战是如何在不降低产品的性能或成本的前提下进行散热管理。由于电子组件的尺寸越来越小，要准确了解其热信息异常困难。但是，借助热成像技术，工程师能轻松地将他们制造设备的热图可视化和量化。如果在复杂印刷电路板的设计阶段就投入使用红外热像仪，便能有效避免后续故障和昂贵的召回。
汽车行业
为了生产出更高效、更安全和更高性能的汽车，汽车产业在研发环节投入的资金相当高，往往是其它产业无法企及的。汽车产业的其中一项成功要诀就是将可靠的新产品以更快的速度投入市场。热成像能帮助汽车工程师们改善安全气囊系统的设计，验证供暖和制冷系统的效率，量化热冲击对轮胎磨损的影响，检测连接处和焊接处的性能质量等……
工业试验室试验台
将新产品更快投入市场，这是许多行业的“成功秘诀”之一。在产品设计流程中，越早使用红外热成像技术进行热模型验证和故障分析，或仅仅是用于更好的布置热电偶，就越能从中获益。借助红外技术，公司可以缩短研发周期、提高产品质量，从而增加公司盈利。
制药产业
借助红外技术进行新药品研发。科学家们通过观测化学反应的温度变化，研究滴定盘中发生的变化。
二、学术研究
热成像技术在大学教室和实验室中越来越受欢迎。在教学环境中，导师们使用热成像技术帮学生认识热传递和热力学理论，加深他们对重要概念的理解。
生命科学
热成像是一种精确、可计量、非接触式的诊断技术，可用于观测和量化表面温度的变化情况。其应用包括：血管评估，组织状况监测，肌肉拉伤分析和出血点检测等。
快速移动事件
高速红外成像拥有微秒级的曝光时间，可以定格动态场景的视觉运动，捕捉每秒10,000帧以上的帧频。研究应用领域包括：射击，超音速射弹，爆炸，燃烧过程，激光等许多领域。
红外显微成像
热像仪同显微镜相结合就变成了一台热成像显微镜，能够对小到3微米的目标进行精确测温。研究人员使用热成像显微镜能以非接触的方式描绘组件和半导体衬底的热性能。
宽温度范围现象
对JET聚变等离子反应器进行测温时，需要一台具有滚动积分时间，超帧频和实时温度范围扩展功能的热像仪。
三、无损检测(NDT)/材料检测
NDT是一种广泛用于材料、组件和系统属性评估且不对检测对象构成损害的方法。带有锁相功能的FLIR热像仪能够完成各种先进的检测，比如NDT、应力测绘，还能用于发现低至1 mK的细小温差。
应力分析
应力测试和疲劳测试是机械工程和材料科学中常用的测试方法，但对于复杂结构却只能提供有限的信息。即便是几何结构复杂的组件，热应力测绘也能同时提供数千个应力测量结果。与应变仪相比，这种技术能为研究者们提供更快速、更完整的信息。
复合材料
无损热检测能够通过目标激发，观察目标表面的热差异来检测内部缺陷。对于检测复合材料的孔洞、层离、藏水非常有价值。
太阳能电池
太阳能电池可能存在电气分流问题。当太阳能电池通电时，这些分流就可以使用锁相热成像轻松检测出来。锁相光致发光测试可以使用近红外热像仪实现。
裂纹检测
通过将捕捉的热图像与振动频率或进入某一部件的超声能量同步，就能实现对关键部件的裂纹进行锁相热成像检测。表面裂纹出的摩擦会产生热量，这样细小的裂纹和断裂无需使用染料或渗透液就能看得见。这种形式的NDT无需紫外线照射就能实现对大型部件或复杂固件的检测。
四、安防&航空
大多数人都将用于安防领域的热像仪同“发现敌人”联系到一起。但如今，热像仪还可用于武器、弹药、导弹和飞行器的研发中。热像仪所提供的信息便于研究人员使用热光谱描绘目标物体，从而用于目标识别，防御措施部署和多光谱伪装研究。
跟踪
热像仪系统通过提高低光照或雾霾条件下的可视度，弥补了视频追踪系统的不足，使跟踪系统能够发现目标，并持续更新目标的方位、范围和高度。
红外特性
红外特性指的是目标的波长作用反应出来的表观红外亮度，它会在各种不同的距离和大气环境中让传感器获得物体的外观。红外特性对于车辆、传感器和伪装系统的设计是非常有价值的工具。
技术监视和对抗措施
红外成像技术可用于识别秘密监控设备的热特性。即便是隐藏在目标内部的设备也能在其释放红外能量的一瞬间被检测出来。
激光指示
激光指示器会发射出一束激光能量，用于标记特定的地点或目标，通常用于精确制导武器。近红外(NIR)热像仪能够检测到这些正常情况下无法看见的激光束，用于标识研究和目标确认。
