El sistema óptico de un pirómetro está compuesto por lentes diseñadas para captar la radiación infrarroja de un punto de medición específico y dirigirla hacia el detector del pirómetro.
Cada sistema óptico debe estar especialmente adaptado al rango de longitudes de onda de la radiación infrarroja a medir. Las condiciones ambientales severas requieren, además, pirómetros con lentes especialmente resistentes.