Có ba loại đầu dò hồng ngoại dựa trên Chì(II) sulfide (PbS), Indi antimonide (InSb) và mercury cadmium telluride (HgCdTe). Các cảm biến cũ thường sử dụng PbS, trong khi các cảm biến mới hiện nay có xu hướng sử dụng InSb hoặc HgCdTe. Các đầu dò kiểu này sẽ có hiệu suất tốt hơn khi được làm lạnh, khi ấy chúng sẽ có độ nhạy cao hơn và cũng có khả năng phát hiện được các mục tiêu có nhiệt độ thấp hơn.

Các đầu dò hồng ngoại ban đầu có khả năng phát hiện bức xạ hổng ngoại ngắn hơn, ví dụ bước sóng 4,2 micro mét của dòng khí carbon dioxide xả ra từ động cơ phản lực. Điều này khiến đầu dò kiểu này chỉ có thể phát hiện được mục tiêu ở phía sau đuôi. Điều này rất hạn chế trong không chiến do máy bay đối phương cơ động liên tục, ngoài tầm phát hiện hoặc động cơ máy bay đối phương bị che bởi mây và khuất khỏi tầm nhìn của đầu dò tên lửa. Những tên lửa trang bị đầu dò hồng ngoại thời kỳ đầu có độ nhạy lớn nhất với bức xạ hồng ngoại từ 3 đến 5 micro mét, người ta còn gọi đầu dò kiểu này là đầu dò hồng ngoại đơn sắc (single-color). Điều này dẫn đến việc phát triển loại đầu dò hồng ngoại nhạy cảm với cả dòng khí thải từ động cơ và dải bước sóng dài hơn từ 8 đến 13 micro mét, bước sóng này ít bị hập thụ bởi khí quyển và cho phép phát hiện cả bức xạ từ thân vỏ máy bay. Điều này cho phép tên lửa có thể tấn công từ mọi hướng. Hệ thống đầu dò hiện đại kết hợp với máy dò được gọi là hệ thống dò hồng ngoại hai màu (two-color).

Các đầu dò đa hướng yêu cầu sẽ phải được làm mát để cho phép nó có đủ độ nhạy cần thiết để phát hiện bức xạ từ trước và cạnh máy bay. Nhiệt nền từ bản thân cảm biến và nhiệt ở cửa số cảm biến do ma sát với không khí, sẽ có thể làm yếu đi bức xạ từ mục tiêu. Các tên lửa không đối không hiện đại như AIM-9M Sidewinder và Stinger sử dụng khí nén như argon để làm lạnh cảm biến để có khả năng khóa mục tiêu tầm xa từ mọi hướng. (Phiên bản tên lửa AIM-9J và tên lửa hồng ngoại đời đầu R-60 sử dụng bơm nhiệt điện hiệu ứng peltier).