X射線熒光光譜儀常用的探測器有流氣正比計數器和閃爍計數器，流氣正比計數器用于輕元素檢測，閃爍計數器用于重元素檢測。
流氣正比計數器由金屬圓筒（陰極）、金屬絲（陽極）、窗口及探測氣體（惰性氣體）構成。陽極都制成均勻光滑的細絲線，一般由鎢、鉬、鉑、金等穩定的金屬絲制成。
流氣正比計數器中一般選用Ne、Ar、Kr、Xe作為探測氣體，并加入一定量的有機氣體，如甲烷、乙烷、丙烷，防止正離子移向陰極時，從陰極上逐出電荷而引起二次放電——使之淬滅。例如，廣泛使用的P10氣體就是由90%的Ar和10%的甲烷混合而成的氣體。而甲烷氣體是用來抑制放電，起穩定放電過程和阻止持續放電（稱為淬滅氣體）的作用。
閃爍計數器由閃爍體、光導、光電倍增器和附屬電路組成，X射線光子通過鈹窗進入閃爍體，其部分能量使閃爍體發光，即將X射線光子的能量變成便于探測的光信號。光導的主要功能是使閃爍體發射的可測光子打到光電倍增管的光陰極上，而光電倍增管是將光信號轉變成電信號的器件。