探测器的基本原理是：辐射和探测介质中的粒子相互作用，将能量全部或部分传给介质中的粒子，在一定的外界条件下，引起宏观可测的反应。对于光学波段，辐射可以看作光子束，光子的能量传给介质中的电子，产生所谓光子事件，从而辐射能转变为热能（如热电偶）、电能（如光电流和光电压）、化学能（如感光乳胶中银颗粒的生成），或者另一种波长的辐射（如荧光效应）。根据这些效应，可设计出各种不同的辐射探测器，以测量天体的辐射能量。辐射探测器的主要性能指标包括：

①探测量子效率。指光子和探测器在初始的作用过程中，产生的有效光子事件数和入射总光子数之比。它描述探测器接收和记录信息的能力。入射光子有可能穿透介质跑掉或被介质反射掉。有时介质要吸收几个光子才引起一次光子事件，有时产生的光子事件未被检测到，所以一般探测器的量子效率小于1。

②响应度。又称灵敏度，指探测器输出信号强度和入射辐射功率之比。辐射功率增加时，输出信号如果也成正比地增加，这样的探测器称为线性的，否则称为非线性的。探测器的量子效率和响应度都应该尽量保持稳定，不随时间漂移，否则在数据处理中需要进行相应修正。

③分光响应。又称分光灵敏度，指单色辐射作用时探测器的灵敏度。它表征探测器对不同波长辐射的响应特性。分光响应随波长变化的探测器，称为选择性探测器，反之称为非选择性的。以探测器最敏感波长处的响应为单位的分光响应，称为相对分光响应。

④探测率。等于探测器能探测的最小辐射功率的倒数。任何探测器都有噪声起伏，比噪声起伏平均值更小的信号实际上检测不出来。产生如噪声起伏那样大的信号所需的辐射功率，就是探测器能探测的最小辐射功率，称为噪声等效功率。有时也用探测率来描述探测器的灵敏度。

⑤空间分辨率。一些面阵型辐射探测器是对辐射到达的位置敏感的，如电荷耦合器件（即CCD）等就是以像素为单位接收辐射。每个探测器单元的尺度大小，决定了探测器的空间分辨率，也在一定程度上决定了所记录图像的分辨率。

⑥时间分辨率。当投射到光电探测器上的辐射从零突然增加到某一显著强度时，探测器记录下来的该辐射信号的增长时标。探测器的时间分辨率限制了观测天体信号快速变化的能力。对于面阵型多像素探测器，读出图像所需要的时间通常是限制时间分辨率的更重要因素。

⑦功率消耗。对于空间天文观测而言，光电探测器所需要的电源功率也是必须考虑的一个重要因素。通常电荷耦合器件（CCD）具有较小的功率消耗。

天文探测器要求具有宽敏感波段、高量子效率、高探测率、高空间分辨率和快速响应度。人眼是最早的天文探测器。19世纪照相术发明后，照相底片一直是天文学研究的重要工具。20世纪中叶起，天文观测中开始广泛采用光电探测器，现今已有适用于探测从红外线到γ射线的各种光电器件。特别是，电荷耦合器件（CCD）的广泛应用，给天文观测带来了极大的方便。核物理研究中常用的各种高能探测器也相继被应用于天文观测。在不同波段使用的典型辐射探测器如表。