核辐射传感器是基于被测物质对射线的吸收、反散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。包括放射源、探测器和信号转换电路。放射源一般为圆盘状（β放射源）或丝状、圆柱状、圆片状（γ放射源）。如将²⁰⁴Tl（铊）镀在铜片上，上面覆盖云母片，装入铝或不锈钢壳内，用环氧树脂密封，就成为放射源。探测器又称接收器，是通过射线和物质相互作用来探测射线的存在和强弱的器件。探测器一般是根据某些物质在核辐射作用下产生发光效应或气体电离效应来工作的。

根据辐射源产生的α、β和γ射线的强度变化来获取相关信息，主要有电离室、气体放电计数管（盖革计数管）、闪烁计数器三种类型。

放射性粒子使中性气体分子电离，电离产生的正负离子对在电场作用下发生漂移运动，在电极上产生电流，电流大小与进入电离室的射线强度呈正相关。电离室主要用于探测α和β粒子。

放射性粒子引起封闭在管中电极之间的气体电离，电离产生的正负粒子对在电场作用下形成雪崩式放电过程，电流迅速加大，随即达到饱和，自行终止放电过程。在一定条件下，放电频率与辐射强度成正比。常用于探测β和γ射线。

由受激发光体和光电倍增管组成，放射性粒子首先使受激发光体（如碘化钠晶体）发光，光电倍增管使这种光信号充分放大，产生与辐射强度正相关的光电流信号。受激发光体分有机和无机两大类，有固态、液态和气态三种。有机闪烁晶体发光效率高，常用于探测γ射线。

放射性同位素在衰变过程中放出带有一定能量的粒子（又称射线），包括α粒子、β粒子、γ射线和中子射线。用α粒子使气体电离比用其他辐射强得多，所以α粒子常用于气体成分分析，测量气体的压力、流量或其他参数。β粒子在气体中的射程可达20米。根据材料对β辐射的吸收，可测量材料的厚度和密度；根据对β辐射的反射，可判断覆盖层厚度；利用β粒子的电离能力，可测量气体流量。γ射线是一种电磁辐射，在物质中的穿透能力比较强，在气体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体物质，广泛应用于金属探伤、测厚，以及流速、料位和密度的测量。中子射线常用于测量湿度、含氢介质的料位或成分。

盖革计数器