热释光现象用于电离辐射探测始于1895年。20世纪50年代初，不少科学家建议将热释光磷光体用于辐射剂量探测。60年代以来，热释光探测器和热释光测量技术得到迅速发展，先后研制出适合于不同用途的热释光探测器和剂量计，并在辐射剂量测量领域得到广泛使用，进行剂量测量的热释光探测器又称为热释光剂量计。

热释光材料被电离辐射照射后，把接收到的射线能量储存积累起来，受热激发时能放出光辐射，光辐射总光子数是照射过程中贮存在探测器中的能量的函数。热释光探测器受到的电离辐射信息可以由加热装置、测光装置和有关的电子学部件组成的读出仪器获取，通过测量热释光探测器加热时发出的总光子数以确定其接受的电离辐射信息。

某些固态结晶磷化体在X射线、γ射线、β射线或其他电离辐射作用下，其内电子获得足够的能量，由满带激活能级跃入导带或激子带而产生电离或激发，同时在满带或激活能级中产生一个空穴。电子或空穴在晶格内运动过程中，电子可能被陷阱俘获而落入深度不同的陷阱能级中，而空穴易落入禁带中的激活能级。如果陷阱能级与导带顶部的能级差足够大，那么在正常室温下电子或空穴因热激发而逃出陷阱的概率是很小的。环境温度很低或陷阱深度很深，则这种俘获状态可以保持数百乃至数千年。当材料受热激发时，这些被俘获的电子重新被激发到导带，然后与激活能级中的空穴复合而发光。加热时，激活能级中的空穴获得足够能量也可以从激活能级释放到满带中而成为自由空穴，再与陷阱中的电子复合发光。磷光体加热释放出的光子数与陷阱中释放出的电子数成正比，而总电子数又与磷光体吸收的辐射能成正比。

热释光探测器具有体积小、质量轻、能量响应好、灵敏度高、测量范围广等优点，使用方便，可测α、β、γ、X、n等多种射线，在核辐射领域中得到广泛的应用，特别是在剂量测量中，可以选用组织等效性好的热释光材料，测量迅速，使用方便，在许多场合逐步取代了胶片剂量计和玻璃剂量计，已作为主要的人体剂量监测仪。热释光探测器不能直读，必须配用比较复杂的热释光测量读出仪器，只能一次性测量读出，无法重复。但热释光探测器可以重复使用，通过退火可恢复辐射测量。

热释光探测器广泛应用于辐射防护、放射医学、放射生物学、辐照食品剂量监测和环境保护等领域。在考古、地质方面也有重要应用，一般陶瓷都具有热释光特性，在陶瓷生产过程中加热烧结相当于进行高温退火，对其进行热释光测量可以推算出陶瓷的生产年代。

热释光探测器按采用的热释光材料性质不同，大致分成低Z材料、中Z材料、高Z材料3大类型。

低Z材料主要有氟化锂（LiF）、四硼酸锂（Li₂B₄O₇）和氧化铍（BeO），特点是有效原子序数Z较低，与人体组织的有效原子序数7.42接近，因此组织等效性好，能量响应好，缺点是灵敏度低。

中Z材料主要有原硅酸镁（Mg₂SiO₄）和三氧化二铝（Al₂O₃），特点是灵敏度比低Z材料的高，缺点是光敏性较强，退火温度高、时间长。

高Z材料主要有镁橄榄石（Ca₂SO₄）和氟化钙（CaF₂)等，优点是灵敏度高，能测小剂量，缺点是组织等效性差，能量响应差。

按采用的热释光材料形状可分为粉末状、片状、玻璃棒等；按佩戴形式可分为笔式、徽章式、项链式等；按用途可分为个人剂量计和环境剂量计。