L'invention concerne un procédé et un appareil pour déterminer précisément et de manière instantanée la température thermodynamique d'objets éloignés, par la détermination en continu de l'émissivité, la réflectivité et les constantes optiques ainsi que la température apparente ou de brillance de l'échantillon avec un instrument unique. La mesure d'émissivité est réalisée de préférence par un polarimètre complexe comprenant un laser qui génère de la lumière polarisée qui est réfléchie depuis l'échantillon dans un système détecteur. Le système détecteur comprend un séparateur de faisceau, des analyseurs de polarisation et quatre détecteurs pour mesurer indépendamment les quatre vecteurs de Stokes du rayonnement réfléchi. Les mêmes détecteurs ou un détecteur séparé dans le même instrument sont utilisés pour mesurer la température de brillance. Ainsi, l'instrument est capable de mesurer à la fois le changement de polarisation lors de la réflexion ainsi que le degré de dépolarisation et donc de diffusion. Ceci rend possible la correction pour la rugosité de surface de l'échantillon et le rayonnement de fond qui pourrait autrement introduire des erreurs dans la mesure de température.