Die im Szintillator erzeugten Photonen gelangen durch das Eintrittsfenster auf die Photokathode des Sekundärelektronenvervielfacher und lösen dort über den Photoeffekt Photoelektronen aus. Bei den meisten für Szintillationszählern verwendeten Sekundärelektronenvervielfachern ist die Photokathode als dünne Metallschicht aufgedampft (halbdurchlässige Photokathode). Als Kathodenmaterial eignen sich Kombinationen verschiedener Alkali- und Erdalkalimetalle, die den Empfindlichkeitsbereich für die nachzuweisende Photonenstrahlung bestimmen.
Durch das elektronenoptische Eingangssystem werden die Photoelektronen beschleunigt und auf die erste Elektrode (erste Dynode) des Vervielfachersystems fokussiert. In dem aus mehreren Dynoden bestehenden Vervielfachungssystem wird durch Sekundärelektronenemission der Kathodenstrom verstärkt und gelangt schlußendlich zur Anode.
Der Anodenstrom erzeugt durch den Spannungsabfall an einem Widerstand das Ausgangssignal. Die Höhe des Spannungsimpulses ist proportional der im Szitillator entstehenden und auf die Photokathode auftreffenden Lichtmenge. Die Lichtmenge ihrerseits entspricht der im Detektor absorbierten Strahlungsenergie.
