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이 기구는 기체가 채워진 원기둥 모양의 용기로 이루어져 있다. 용기 내부에서는 용기벽의 전위를 용기축을 지나는 전선에 비해 음이 되도록 전압을 걸어줌으로써 전기장을 유지한다. 광자나 대전된 입자가 용기에 들어오면 몇몇 기체분자는 양이온과 전자로 이온화되고 전기장의 영향으로 인해서 이 입자들은 각각 벽과 전선으로 이동하여 이 소자들을 연결하는 회로에 전류 펄스가 흐르게 한다.

비례계수기는 이온화상자에 더 높은 전압을 걸어주어 전선 부근의 전기장이 커지도록 만든 변형된 이온화상자로서, 전선에 가까이 오는 전자를 가속시켜 높은 에너지를 갖게 하여 기체분자와 충돌시킴으로써 이온화가 더 진행되도록 한다. 기체 증배과정(multiplication)이라 하는 이 효과에 의해 전기 펄스는 계수기에 들어가는 복사선이 발생시키는 이온화에 비례해서 출력되므로 에너지가 다른 여러 종류의 입자를 구분해낼 수 있다.

가이거-뮐러 계수기(Geiger-Müller Counter)는 비례계수기의 전극에 훨씬 높은 전압을 걸어준 것이다. 가이거-뮐러 계수기에 들어가는 에너지가 다른 여러 종류의 입자는 모두 똑같은 큰 출력 펄스를 발생시키기 때문에 이 기기는 개개의 입자의 개수를 셀 수 있는 좋은 계수기이다. 가이거 계수기 내부에 혼합 기체를 이용하면 하나의 복사입자에 의해 발생하는 이온 사태(avalanche)를 억제하여 계수기를 복원시킴으로써 다른 입자를 검출해낼 수 있다. 전압이 너무 높아지면 기체를 통해서 전극간에 연속 전류가 흐르기 때문에 복사를 검출해낼 수 없게 된다.