در حسگر توان‌سنج گرمایی، توان پرتوی لیزر فرودی، توسط سطح ورودی ترموپیل جذب شده و تبدیل به گرما می‌شود. گرما از جاذب عبور، در سراسر ترموکوپل‌ها حرکت و به خنک کننده منتقل شده و در آنجا از بین می‌رود. این خنک‌سازی می‌تواند از طریق تکنیک‌های هواخنک یا آب‌خنک انجام پذیرد. به‌دلیل اینکه سطح دیگر ترموکوپل‌ها، از لحاظ دمایی به خنک کننده حسگر متصل است، سرد باقی می‌ماند. لذا گرادیان دمایی بین دو سطح بوجود می‌آید که به توان تابشی نور فرودی وابسته است. از این‌رو ولتاژی بین سطوح گرم و سرد متناسب با توان فرودی بدست خواهد آمد. این ولتاژ با سری کردن ترموکوپل‌ها با هم افزایش می‌یابد.
خنک کننده باید به‌گونه‌ای طراحی شود که در تماس مکانیکی مناسب و کافی با حلقه بیرونی ترموکوپل‌ها قرارگیرد، بدون اینکه تماس حرارتی با جاذب نور یا حلقه درونی اتصالات ترموکوپل داشته باشد. همچنین مساحت پشت جاذب نباید در تماس حرارتی با هیچ چیز دیگری باشد چراکه جریان گرما باید از مسیر درنظرگرفته شده در راستای ترموکوپل‌ها هدایت یابد.