当能量足够高、能够导致电离的辐射粒子穿过闪烁体材料时，组成后者的原子或分子会受到激发，随后的退激发过程会发出一系列短暂的可见光或紫外闪光（荧光），且荧光的强度与入射粒子能量正相关。如果配合光电倍增管等高灵敏度光子探测器来测量闪烁体中荧光事件的光强和发生的次数，就可以反推出入射粒子的性质。

可以充当闪烁体的材料都是透明的，包括搀有铊等杂质的碘化钠、碘化铯，还有锗酸铋等无机物，也可以是有机物晶体，或是掺杂蒽等有机荧光成分的塑料或液体，各自适用的场合不尽相同。通常空间探测器，包括最早的γ射线天文卫星探险者11号，还有后来的康普顿γ射线天文台和费米γ射线空间望远镜搭载的部分仪器，均选用了固体闪烁体；部分地面宇宙线探测器会使用液体闪烁体；而康普顿γ射线天文台的成像康普顿望远镜（COMPTEL）则结合了固态和液体闪烁体。衡量闪烁体性能的其他指标包括材料透明度、尺寸、特征时间（闪烁的持续时标）、K极限（材料中K壳层电子的电离能）以及探测效率。

闪烁体可以用于高能光子和带电宇宙线粒子的探测，其优点在于结构相对简单且成本较低，但缺陷在于缺乏空间分辨率。单台闪烁体探测器不能提供入射高能粒子方向的信息，必须结合准直器等额外装置，或是将多架探测器组合才能为光子定位。此外，单一材质和尺寸的闪烁体也不能区分高能光子和带电粒子，因此一般还要结合只能激发特定能段带电粒子反应的反符合屏蔽装置使用，后者可以选用工作能段与主体探测器不同的闪烁体材料或其他结构的探测器制造。