辐射式温度传感器是通过被测对象发出的热辐射强度来测量其温度的。其优点是能够测量运动物体的温度并且不破坏其被测温度场，又可以在中温或低温领域进行测量。常用的辐射式温度传感器包括光学高温计、光电高温计、辐射高温计、比色温度计、红外温度计或热像仪等。
辐射高温计习惯上也称全辐射温度计，是专指以热电堆为热接受元件的辐射感温器与电压指示或记录仪表构成的温度测量仪表，是基于被测物体的辐射热效应而进行工作的，优点是灵敏度高、坚固耐用、可测较低温度，缺点是测量易受环境中的水蒸汽、CO2的影响。
声波温度传感器是基于声波或超声波在气体介质中的传播速度与该气体绝对温度平方根的函数关系来测量气体温度及其温度场的。具有测量原理简单、非接触、测量范围宽（0～1900℃）、可在线测量等优点，已在发电厂锅炉、垃圾焚烧炉、水泥回转窑等温度测量中得到应用。 核四级共振温度传感器是利用NQR核四级共振吸收频率随温度升高而减少的特性制成的温度测量仪表，具有高准确度（可达±0.005℃）、高分辨率（可达1mK）、重现性好、互换性佳、温度范围 广等优点，可以用作标准温度计或高精度实用温度计。
比色温度计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的，其特点是测温准确度高、响应快、可测量小目标，适用于冶金、水泥、玻璃等行业，常用于测量铁液、锅液、熔渣及回转窑物料温度等。
在工业生产中，通常采用接触式温度传感器或非接触式温度传感器。接触式测温方法虽有结构简单、可靠、准确度高等优点，但在某些场合下（如等离子体加热或受控热核反应等），必须采用非接触式测温。较接触式而言，非接触式温度传感器技术相对较新，还处于动态发展上升阶段。
其中，光学高温计发展最早，应用最广。在确定波长下，根据Ｍ普朗克定律，通过测量单色辐射强度即单色辐射亮度来测量温度。具有结构简单，使用方便，测温范围广（700℃～3200℃）的特点，常用于测量高温炉窑的温度。 光电高温计是在光学高温计基础上发展起来的能自动连续测温的传感器，主要优点有灵敏度高（高达0.5℃）、准确度高、使用波长范围不受限制（可见光、红外范围段均可应用）、响应时间短（可在10-6s内）等。
热像仪是通过检测物体所发射的3～5.6μm（短波）或8～14μm（长波）红外线束，利用热图像技术，给出热辐射体的温度、温度分布的数值，并转换成可见的热图像。因其具有测量范围广（-170℃～2000℃）、准确度高（能分辨到0.1℃）、响应快（ms级）、测温距离宽（从几厘米到天文距离）等优点，近几年发展很快，应用范围也越来越广，常用于工业、天文、气象、资源探测、公安、医疗、军事等部门。如食品和饮料工业中常用于检测食物的温度变化，在过程工业中常用其测 量电气或机械设备的表面温度及缺陷定位，实现状态检修等。
其它类别的温度传感器光纤温度传感器是当前发展迅速和应用领域逐渐扩大的温度传感器。根据光纤在传感器中的作用，可将其细分为功能型光纤传感器（光纤不仅作为导光物质，也作为感温元件）、非功能型传感器（光纤仅起导光作用，感温功能由非光纤型敏感元件完成）、拾光型传感器（用光纤作探头，接收被测对象辐射的光或被其反射、散射的光）。根据使用方法分类为接触式光纤温度传感器（如荧光光纤温度传感器、半导体吸收光纤温度传感器、分布参数式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器等）和非接触式光纤温度传感器（如辐射光纤温度传感器等）。这类产品具有电/磁绝缘性好、高灵敏度、体积小、重量轻、可弯曲等优点。光纤测温技术方兴未艾，前途无可限量。