由不穩定原子核衰變釋放出來的電離輻射，一般包括高速粒子(如阿爾法α粒子、貝他β粒子和中子)及高能量電磁波(如伽馬γ射線)。當中的γ射線不像α或β粒子般擁有質量及電荷，我們應如何偵測γ射線呢？

γ射線和日常的可見光其實也是電磁波。根據量子物理的波粒二象性原理，電磁波可以能量包的方式(光子)與其他物質進行交互作用。由於γ射線能量高，因此當γ射線的光子與物質原子碰撞時，可以產生帶負電荷的自由電子及帶正電荷的離子。這就是γ射線的電離特性，也為偵測γ射線提供了依據。

γ射線偵測器可劃分為兩大類，分別是充氣探測器和譜法儀。

充氣探測器常用於手攜式輻射巡測裝置，所用的蓋革彌勒(GM) 計數器結構主要有兩種類型(圖一及圖二)。圖一的GM管被鋁紙包住但末端有一雲母(mica)窗口，讓低穿透力的α或β粒子進入管內。若只想偵測γ射線，則可用鋁紙封住窗口。圖二的GM管是一條密封的玻璃管，可探測γ射線及高能量β粒子，而α粒子和低能量β粒子則未能進入管內。GM計數器一般包含一個充滿空氣或惰性氣體 (如氬氣、氦氣或氖氣)的圓管，中心有一陽極(帶正電荷)，金屬或玻璃管壁為陰極(帶負電荷)，兩極之間有數百伏特的高電壓差。當輻射進入GM管內，管內的氣體份子會被電離而產生自由電子和正離子。在管內的高電壓使自由電子和正離子分別向陽極和陰極加速的過程中，高速電子與氣體份子碰撞產生更多的紫外光光子和自由電子，並形成雪崩式的放電。最後，大量的自由電子和正離子分別抵達陽極和陰極，形成可被量度的電脈衝。經校準後，電脈衝可被轉化為放射計數率或劑量率。

儘管充氣探測器可量度放射計數率或劑量率，但要準確量度γ光子的能量大小則需要使用γ譜法儀。γ譜法儀一般以閃爍體探測器或半導體探測器分別轉換γ射線為可見光或電子訊號，再加上多頻道的分析儀，就能得出不同能量光子數量分佈的γ光譜 (如圖三)。γ光譜猶如核素的「手指紋」，有助我們辨識放射源中的不同核素。