Modele predykcyjne wykorzystują dane opisujące geometrię obiektu, temperaturę i emisyjność jego powierzchni, właściwości materiałów, odbicia promieniowania od powierzchni, pracę źródeł ciepła oraz warunki otoczenia. Osobnym elementem obliczeń może być modelowanie transmisji i własnego promieniowania atmosfery w określonych pasmach podczerwieni. W specjalistycznych systemach modelowania stosuje się m.in. model atmosferyczny LOWTRAN, służący do obliczania transmisji i radiancji atmosferycznej, oraz , a także programy przeznaczone do modelowania sygnatur celów, takie jak SPIRITS, NIRATAM czy MIRSAT.
W przypadku bardziej złożonych obiektów dokładne zweryfikowanie modeli numerycznych jest trudne. Niewielkie zmiany parametrów wejściowych, zwłaszcza warunków atmosferycznych, mogą powodować istotne zmiany przewidywanej sygnatury, dlatego modele są weryfikowane za pomocą pomiarów eksperymentalnych.
Milewski i Praczyk zaproponowali dla jednostek pływających zapis sygnatury obejmujący wektor cech wyznaczanych z obrazu termicznego, m.in. stosunek sygnału obiektu do sygnału tła, maksymalną i średnią temperaturę obiektu, średnią temperaturę tła oraz średni kontrast temperaturowy.