Pour les pyranomètres à thermopiles, une thermopile est utilisée dans l'instrument comme capteur et les gradients thermiques sont mesurés dans les zones chaudes et froides (noir et blanc). L'intensité du rayonnement est proportionnelle aux différences de température entre les deux zones de détection. La précision dépend de la sensibilité du matériau utilisé dans les capteurs, du temps de réponse et des caractéristiques de distorsion du matériau constituant le dôme (le cas échéant) recouvrant les capteurs.
Pour les pyranomètres à cellules photoélectriques en silicium, le courant électrique est généré par une diode photosensible proportionnellement à l'intensité solaire. Normalement, les pyranomètres à cellules photoélectriques en silicium ne sont pas entièrement sensibles à l'ensemble du spectre de la lumière visible et ne peuvent pas "voir" une certaine partie du spectre électromagnétique, par exemple dans des conditions nuageuses ou sous de la végétation. Les pyranomètres à photocellules en silicium introduisent des erreurs dans ces conditions. Toutefois, en plein soleil, ils sont étalonnés pour fournir des mesures de rayonnement solaire correctes.