Zapewniają one znacznie większą wydajność detekcji niż detektory gazowe, zwłaszcza wydajność detekcji kwantów promieniowania g. Cząstka promieniowania lub kwant g przenikają do cząsteczki scyntylatora, powodując wzbudzenie jego elektronów. Wzbudzenie zanika natychmiast w wyniku emisji fotonu z zakresu światła widzialnego lub mu bliskiego. Te impulsy świetlne mogą być wzmacniane przez specjalne lampy elektronowe, zwane fotopowielaczami elektronowymi, a następnie przekazywane do odpowiednich układów zliczających (przeliczników).
Działanie fotopowielacza polega na tym, że kwanty światła ze scyntylatora padają na fotokatodę i wybijają z niej elektrony. Wybity fotoelektron uderzając w pierwszą z szeregu dynod daje, dzięki różnicy napięć między dynodami, początek kaskadzie elektronów wtórnych. Te padając na kolejne dynody wybijają z nich elektrony, powiększając stopniowo ich strumień. W końcu wzmocniony 109 – krotnie impuls zbiera się na anodzie i jest rejestrowany. Wysokość zarejestrowanego impulsu jest proporcjonalna do energii kwantu promieniowania. Wysokość impulsu zależy od energii i rodzaju cząstek padających. Oprócz stałych scyntylatorów nieorganicznych (np. NaI, [ZnS(Ag)]), stosuje się kryształy organiczne (antracen) oraz masy plastyczne (np. polistyren).
Rys. Licznik scyntylacyjny z fotopowielaczem [6]
W celu pomiaru aktywności izotopu promieniotwórczego często stosuje się scyntylatory ciekłe. Zasada ich działania jest taka sama jak scyntylatorów stałych. Naczynie z scyntylatorem i dodaną do niego substancja promieniotwórczą umieszcza się w pojemniku z bardzo czułym fotopowielaczem elektronowym. Scyntylacje generują wiązkę elektronów, która po odpowiednim wzmocnieniu jest rejestrowana jako impuls elektryczny.
Ważną zaletą liczników scyntylacyjnych jest możliwość detekcji neutronów. Neutrony są trudne do wykrycia, ponieważ nie są promieniowaniem bezpośrednio jonizującym. Stosuje się scyntylatory z dodatkiem np. litu (6Li), który reaguje z neutronami: [6Li(n,a)3H] wytwarzając cząstki a, które wraz z promieniowanie b- z powstałego trytu reagują z cząsteczkami scyntylatora.[6]