基本结构如图1所示。圆柱形容器和收集极都是电导体，收集极也是圆柱形物体，两者通过绝缘的结构体进行共轴安装；收集极和外容器间加工作电压，相对于外容器，收集极可以是高电位，也可以是低电位；收集极是电信号输出极。保护环是接地的电导体，用于防止外容器和收集极之间产生漏电流。工作气体与外界环境有不密封与密封两种情况，在不密封情况下工作气体就是环境空气；在密封情况下工作气体可以根据不同的测量要求选择不同气压和成分的特定气体。

图1 圆柱形电离室结构示意图

致电离辐射（如γ射线）与室壁、电极或工作气体发生相互作用后，产生的次级电子在气体中产生电离，从而产生电子离子对，在外容器和收集极之间电场的作用下，电子向收集极迁移运动，而离子向外容器迁移运动，在迁移运动过程中，将会在收集极上感应出信号电流，通过测量收集极输出的信号，就可以对入射的电离辐射进行测量。

外容器与收集极之间的径向电场分布可以用公式描述，电场的分布不是均匀的，而是在靠近阳极处电场强度比较大，而且随着阴极与阳极半径比（即式中的）的增大，电场在阳极处的电场变得更强。

式中为阳极与阴极间电压；为到中心轴距离；为阴极内半径；为阳极外半径。

根据结构参数和所加电压决定的电场以及工作气体的成分、压力，可以分别工作于复合区、饱和区、放大区、盖革区（G-M区）或连续放电区。当阳极附近的电场较弱时，工作于复合区，电子、离子在迁移运动过程中会发生复合效应，随着电场的增强，复合效应变得可以忽略，就进入了饱和区，随着电场的进一步增强，电子在阳极附近将产生电离放大作用，就进入了放大区，从而产生了更多的电子离子对，如果电场足够强，气体将会进入盖革模式或连续放电状态。对同样的结构参数，不同气压、不同成分的气体进入这些工作区所对应的电压也不同。气压越低，电子运动时的自由程变大，被电场加速所获得的能量也越大，越容易从复合区进入放大区或从放大区进入盖革区。

根据收集极的电位情况，信号输出有两种情况，当外容器接高压时，收集极电位与地相当，以直流耦合的方式输出信号到测量电路，如图2所示。当外容器接地而收集极是高压电位时，必须以交流耦合的方式输出信号到测量电路，如图3所示。

图2 外容器接高压时信号输出电路形式

图3 外容器接地时信号输出形式