光子計數器捕獲微量的光并分析光子的數量和能量。

光同時具有波動性和粒子性。當光量極小時，可以使用探測器探測單個光子。一次可以捕獲一個光子的探測器稱為單光子探測器。光子計數器處理從該單光子探測器發送的信號。

單光子探測器和光子計數器之間需要一個放大器來放大信號。有些放大器是獨立的，有些放大器內置于探測器中，還有一些放大器內置于光子計數器中。

當光子撞擊探測器時，探測器會發出脈沖狀信號。光子計數器使用通過放大器放大該脈沖信號而獲得的信號來測量光子。

每單位時間計數的信號數就是光子數，或光的強度。此外，信號的大小代表光子具有的能量的大小。