La deuxième catégorie complémentaire de bruit est celle qui a pour origine l'effet Johnson, c'est le bruit thermique. Ce sont les fluctuations provoquées par l'agitation thermique des électrons dans les matériaux résistifs. Ici, le bruit est indépendant de l'intensité lumineuse I ce qui permet de le traiter indépendamment du signal. Ce bruit affecte principalement les composants soumis à un échauffement tel que les barrettes de photodiodes et les détecteurs CCD.