亮度式测温的理论依据是普朗克定律，即全辐射体的光谱辐射出射度与波长和温度之间的关系为：

式中为光谱辐射出射度；为波长；为普朗克第一辐射常数；为普朗克第二辐射常数；为温度。

当温度低于3000开时，普朗克公式简化为维恩公式：

物体在高温下的发光亮度与光谱辐射强度之间的关系为：

由上式可知，通过测量亮度可以间接测量温度。光学高温计就是根据亮度式测温方法的原理，采用一已知温度的物体亮度与被测物体亮度进行比较。当标准温度灯灯丝加热到其亮度与被测物体相同时，通过灯丝的电流值可以得到灯丝的温度。由于光学高温计也是按照绝对黑体的光谱辐射亮度分度的，此时测得的温度是被测物体的亮度温度，并不是被测物体的实际温度。

在波长为的光线中，若物体在温度时的亮度和黑体在温度时的亮度相等，则黑体所具有的温度即为该物体在波长为的光线中的亮度温度。亮度温度与真实温度的关系为：

式中为波长处被测物体的黑度系数。因为，因此测到的亮度温度总是低于物体真实温度的。

亮度式测温是辐射测温中最重要的方法。该方法历史最长，测温灵敏度高，亮度温度与真实温度的偏差小，发射率误差影响也小。在辐射测温领域，基于亮度式测温原理的光电测温仪表在工业应用方面仍起主导作用。