El pirómetro de radiación total está formado por una lente de pyrex, silice o fluoruro de calcio que concentra la radiación del objeto caliente en una termopila formada por varios termopares de Pt-Pt/Rd de pequeñas dimensiones y montado en serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares.
La f.e.m. que proporciona la termopila depende de la diferencia de temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objeto enfocado) y la unión fría. Esta última coincide con la de la caja del pirómetro es decir, con la temperatura ambiente. La compensación de est se lleva a cabo mediante una resistencia de níquel conectada en paralelo con los bornes de conexión del pirómetro.
La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientes máximas de 120°C. a mayores temperaturas se emplean dispositivos de refrigeración por aire o por agua, que disminuyen la temperatura de la caja en unos 10 a 40°C por debajo de la temperatura ambiente.
En la medición de bajas temperaturas la compensación se efectúa utilizando además una resistencia termostática adicional que mantiene constante la temperatura de la caja en unos 50°C, valor que es un poco más alto que la temperatura ambiente que pueda encontrarse y suficientemente bajo como para no reducir apreciablemente la diferencia de temperaturas útil.
El pirómetro puede apuntar al objeto bien directamente, bien a través de un tubo de mira abierto (se impide la llegada de radiación de otras fuentes extrañas) o cerrado (medida de temperatura en baños de sales para tratamientos térmicos, hornos).



El pirómetro de radiación se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los casos siguientes:
1. donde un par termoeléctrico sería envenenado por la atmósfera de horno
2. para la medida de temperaturas de superficies
3. para medir temperaturas de objetos que se muevan
4. para medir temperaturas superiores a la amplitud de los pares termoeléctricos formados por metales comunes
5. donde las condiciones mecánicas, tales como vibraciones o choques acorten la vida de un par termoeléctrico caliente
6. cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura. Este pirómetro reemplaza al pirómetro óptico cuando se desea registrar y vigilar las temperaturas superiores a 1600 C. Esta sustitución requiere que la fuente sea lo suficientemente grande para llenar el campo del pirómetro de radiación.
Un ejemplo interesante de la termometría basada en la radiación del cuerpo negro fue descubierto por A. Penzias y R.W. Wilson en 1965. Utilizando un radiotelescopio y operando en el intervalo de longitudes de ondas centimétricas detectaron una radiación de fondo que parece inundar uniformemente el Universo y cuyas características espectrales coinciden con las correspondientes a un cuerpo negro a la temperatura de unos 3 K (radiación 3 K del universo).