蓋革計數器是根據射線對氣體的電離性質設計成的。其探測器（稱“蓋革管”）的通常結構是在一根兩端用絕緣物質密閉的金屬管內充入稀薄氣體（通常是摻加了鹵素的稀有氣體，如氦、氖、氬等），在沿管的軸線上安裝有一根金屬絲電極，并在金屬管壁和金屬絲電極之間加上略低于管內氣體擊穿電壓的電壓。這樣在通常狀態下，管內氣體不放電；而當有高速粒子射入管內時，粒子的能量使管內氣體電離導電，在絲極與管壁之間產生迅速的氣體放電現象，從而輸出一個脈沖電流信號。通過適當地選擇加在絲極與管壁之間的電壓，就可以對被探測粒子的最低能量，從而對其種類加以甄選。
蓋革計數器也可以用于探測γ射線，但由于蓋革管中的氣體密度通常較小，高能γ射線往往在未被探測到時就已經射出了蓋革管，因此其對高能γ射線的探測靈敏度較低。在這種情況下，碘化鈉閃爍計數器則有更好的表現。