气体探测器的原理是，当探测器受到射线照射时，射线与气体中的分子作用，产生由一个电子和一个正离子组成的离子对。这些离子向周围区域自由扩散。
扩散过程中，电子和正离子可以复合重新形成中性分子。
但是，若在构成气体探测器的收集极和高压极上加直流的极化电压v，形成电场，那么电子和正离子就会分别被拉向正负两极，并被收集。
随着极化电压v逐渐增加，气体探测器的工作状态就会从复合区、饱和区、正比区、有限正比区、盖革区(g-m区)一直变化到连续放电区。
所谓电离室即工作在饱和区的气体探测器，因而饱和区又称电离室区。
在该区内，如果选择了适当的极化电压，复合效应便可忽略，也没有碰撞放大产生，此时可认为射线产生的初始离子对n0恰好全部被收集，形成电离电流。
该电离电流正比于n0，因而正比于射线强度。加速器的监测探测器一般均采用电离室。
标准剂量计也用电离室作为测量元件。电离室的电流可以用一台灵敏度很高的静电计测量。
不难看出，电离室主要由收集极和高压极组成，收集极和高压极之间是气体。
与其他气体探测器不同的是，电离室一般以一个大气压左右的空气为灵敏体积，该部分可以与外界完全连通，也可以处于封闭状态。
其周围是由导电的空气等效材料或组织等效材料构成的电极，中心是收集电极，二极间加一定的极化电压形成电场。
为了使收集到的电离离子全部形成电离电流，减少漏电损失，在收集极和高压极之间需要增加保护极。
当x射线、γ射线照射电离室，光子与电离室材料发生相互作用，主要在电离室室壁产生次级电子。
次级电子使电离室内的空气电离，电离离子在电场的作用下向收集极运动，到达收集极的离子被收集，形成电离电流信号输出给测量单元。