(1)氣體探測器
主要包括電離室、正比計數管和蓋革-米勒計數管。電離室主體由壹對電極組成，兩電極之間充有空氣或其他氣體(空氣或氪、氖等感性氣體)。電極被設計成各種形狀，例如平行板和同軸圓柱。在電極之間施加電壓，註入輻射時，氣體被電離，正離子和電子被不同的電極收集，產生電流。
外加電壓和電離電流之間的關系如圖2-15所示。曲線α和曲線β分別是α粒子和β粒子通過氣體物質電離後，外加電場形成的電離電流隨外加電壓的變化規律。根據不同工作區工作電壓分布的特點，可制成電離室探測器(VA ~ VB)、正比計數器(VB ~ VC)和蓋革-彌勒計數器(VD ~ VE)。
圖2-15電離電流和施加電壓之間的關系
1-飽和電流區VA ~ VB2-比例區VB ~ VC3-擬比例區域VC ~ VD4—自激放電計數區VD ~ VE5—連續放電面積>；擁有
電離室工作在第壹區域。當施加到電離室電極的電壓增加時，檢測器體積中的電流強度不再增加。這個電流稱為飽和電流。在這個區域相應的電壓下，電離電流的強度只取決於外部射線的強度。按工作方式分為積分電離室和脈沖電離室前者測量射線電離產生的總電離電流；後者測量單個粒子產生的電流。電離室可以做得很大，可以使探測α射線的靈敏度更高。
正比計數管工作在第二個區域。在電場的作用下，陽極附近的電子獲得能量，引起二次電離。因為已經有很大的電場梯度，新形成的電子也會引起二次電離。這樣，電離電流的氣體放大雪崩過程發生了。雪崩過程中產生的離子對數是初始離子對數的k倍，k稱為氣體放大率，數值可達105 ~ 106。因此，在檢測器的輸出端，脈沖具有大的振幅。在這個區域，k的值是壹個常數，因此記錄的脈沖幅度與初始電離成正比，即與入射光量子的能量成正比。由於其良好的能量分辨率，正比計數器常用於測量X射線和軟γ射線的能譜。
三氟化硼(BF3)正比計數管能有效區分γ射線和中子，不受γ背景的影響。3He中子計數管適用於記錄超熱中子。
第三個區域稱為準比例區域。由於空間電荷效應，k的值不再是常數，因此該區域不能用於射線檢測。
第四個區域叫自激放電計數區，也叫蓋革-英裏區。在這個區域，電極之間的場強很大，氣體放大急劇上升，使得壹對離子對可以引起雪崩過程，導致自激放電。自激放電計數管分為自猝滅和非自猝滅兩種，蓋革-彌勒計數器屬於後者，主要用於記錄β射線和γ射線。輸出信號較大，但輸出脈沖幅度與入射粒子的能量無關，因此不能用來探測入射射線的能量。此外，這種計數管形成的脈沖持續時間比正比計數管長。例如，如果正比計數器的最大計數是每秒104個脈沖，那麽蓋革-彌勒計數器只有每秒103個脈沖。
第五個區域是連續放電區，不能作為檢測器。
(2)閃爍探測器
它由閃爍體(磷光體)和光電倍增管組成。閃爍體有固態、液態和氣態，可分為有機閃爍體和無機閃爍體。表2-6列出了常用的閃爍體。
表2-6常見閃爍體
NaI(Tl)閃爍體是壹種廣泛使用的無機晶體。它使用微量鉈作為活化劑，其單晶具有非常好的透明性。NaI(Tl)晶體的密度約為3.67克/立方厘米。平均原子序數比較高，大概32。因此，它具有很強的阻止γ射線或x射線的能力，是壹種對γ射線或x射線具有很高探測效率的閃爍體。對於大晶體，如果記錄到能量為1MeV的γ光子，效率可以達到百分之十幾。它的發光時間很短，只有10-7s。因此最大計數率可達105脈沖/秒，常用於測量伽瑪射線。當用於測量X射線時，NaI(Tl)可以制成薄晶體。
碘化銫(CsI(Tl))晶體比NaI(Tl)具有更高的探測效率和更長的發光持續時間，因為它的密度和有效原子序數大於NaI(Tl)，它也是壹種用於探測伽馬射線(X射線)的閃爍體。它最大的特點就是不怕潮解，非常適合地質工作。由於CsI(Tl)成本較高，其實際應用並不普遍。
塑料閃爍體是以有機閃爍體為溶質，塑料為溶劑，在壹定溫度下聚合而成。它不僅具有無機晶體的特性(發光時間短、在空氣中不潮解、中子探測等。)，而且易於制造和制成各種形狀。輻射下轉換效率穩定。所以在大多數情況下，有機晶體可以被塑料閃爍體代替。因此，它被廣泛用於探測重粒子和壹些伽馬射線。
液體閃爍體是通過將有機閃爍體溶解在有機溶液如甲苯中制成。它的體積可以做得很大，所以它的檢測靈敏度很高。
鍺酸鉍閃爍體BGO密度高，對γ射線的探測靈敏度高，對天然放射性核素發出的1 ~ 3 MeVγ射線的探測效率特別高。214Bi的1.76MeVγ射線比同樣大小的NaI(Tl)高6.6倍。對於釷，2.62MeV高7.5倍。化學穩定性好，不潮解，易於加工成型，最大熒光波長為480nm。光輸出低，相當於同尺寸NaI(Tl)的8% ~ 16%。對於0.661MeV的能量，γ射線的能量分辨率為13%，NaI(Tl)為9%。受溫度影響，溫度系數為-0.01 ~ 0.015/℃。
LaBr3(Ce)閃爍體探測器是近年來發展起來的壹種探測器。它對662KeV137Cs的全能峰的能量分辨率約為3%，優於LaCl33.3%，遠優於NaI(Tl)晶體6% ~ 7%。同時，與傳統的閃爍體探測器相比，LaBr3(Ce)閃爍體具有更高的光效和更好的能量分辨率，是γ譜儀的壹個發展方向。
光電倍增管是閃爍探測器的重要組成部分之壹。它的部件是光陰極和倍增電極。光電陰極用於將閃爍體的光信號轉化為電信號，倍增電極用作放大倍數大於106的放大器。光陰極上產生的電子通過加速飛向倍增器電極，每個倍增器電極上都發生電子倍增。倍增電極的倍增系數與施加的電壓成正比，所以光電倍增管的電源必須非常穩定，才能保證倍增系數的變化最小。當沒有入射光線時，光電倍增管本身由於熱發射產生的電子倍增稱為暗電流。用光電倍增管探測低能核輻射時，必須降低暗電流。在測量空間環境中保持較低的室溫是降低光電倍增管暗電流的有效途徑。
(3)半導體探測器
該半導體探測器具有分辨率高、脈沖上升時間短、結構簡單的優點。半導體探測器按結構可分為PN結型和PIN結型；按工藝可分為表面勢壘型、擴散型、離子註入型和鋰漂移型；按材料可分為鍺型、矽型和化合物型；按形狀可分為平面型和同軸型。
原則上，半導體探測器可以看作是壹個反向電壓的PN結。PN結的結區是半導體探測器的敏感區。當帶電粒子或電磁輻射與探測器物質相互作用時，產生的二次電子進入敏感區，在其中形成電子和空穴對。在高反向電場的作用下，電子和空穴分別向正負兩極移動，被電極收集得到電脈沖。
目前，常用的半導體探測器有三種:
1)制成鍺或矽單晶中的PN結。在反向電壓的作用下，PN結形成“耗盡層”，自由載流子的遷移率很低。探測到的射線進入敏感區(耗盡區)，產生電離和大量電子-空穴對；在電場的作用下，電子和空穴迅速分別向正負兩極漂移，並被收集，在輸出電路中形成脈沖信號。
2)在P型和N型鍺或矽單晶之間形成壹層高電阻率的PIN本征區，作為探測器的敏感區。在PIN結兩端施加反向電壓時，內部電場會增強，本征區是探測射線電離的敏感區，較厚，可以探測高能射線。
3)使用高純鍺材料，受主和施主原子的濃度可以降低到10-10 /cm3，即每1012個鍺原子中只有1個雜質原子。高純鍺是壹種由高純鍺制成的PN探測器。在壹定的工作電壓下，PN結的耗盡層厚度與材料電阻率的平方成正比。目前最先進的技術已經能夠制造出體積相對較大的探測器，可以分別滿足低能X射線和高能γ射線的能譜測量要求。其優點是分辨率高，可在常溫下工作。
探測γ射線的半導體主要是矽和鍺加鋰作為漂移材料，制成Ge (Li)或鋰矽漂移探測器Si (Li)。它們是PIN結檢測器，將高濃度的鋰擴散到晶體中，形成厚區I(即敏感區)。為了穩定Si(Li)和Ge(Li)探測器的PIN結，探測器必須放在液氮中，低溫儲存和操作。
除了常用的Si(Li)或Ge(Li)和高純鍺(HPGe)之外，還有CdTe和HgI2，它們可以在常溫下使用，不需要低溫，如Amptek生產的CdZnTe探測器。但壹般來說，使用這些材料的固體探測器的應用並不普遍。