Komora skonstruowana przez Ch. Wilsona, stanowiła pierwszy typ detektora , który obrazował tory cząstek jonizujących.
Jest to hermetyczna komora wypełniona gazami z domieszką pary wodnej. We wnętrzu komory znajduje się źródło promieniowania jonizującego. Przezroczysta ścianka umożliwia obserwację zdarzeń wewnątrz komory. W pierwszych eksperymentach z komorą mgłową Wilson wykorzystywał źródło promieniowania X. Udowodnił wtedy, że wnętrze komory napełnia się kondensującą parą po przejściu przez nie wiązki promieniowania jonizującego. Kropelki bowiem kondensują wokół cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym.
Kolejne badania Wilsona dotyczyły cząstek 
i 
. Badacz zidentyfikował wtedy tory pojedynczych cząstek.
Zastosowanie w komorze tłoka lub elastycznej membrany zamykającej komorę umożliwia uzyskanie tzw. pary przesyconej. Tłok lub membrana przesuwając się zwiększają powierzchnię komory co powoduje adiabatyczne ochłodzenie pary w komorze. Prowadzi to do przesycenia tej pary. Jak udowodnił Wilson para skrapla się produktach jonizacji po przejściu cząstki jonizującej, czyli jonach. Zjawisko takie zachodzi wzdłuż całego toru cząstki, dlatego powstają wyraźne białe ślady obrazujące jej ruch w komorze.
W zależności od zdolności jonizacji danej cząstki gęstość kropel będzie większa lub mniejsza. Tak jak większa lub mniejsza będzie gęstość jonizacji czyli liczba powstałych jonów na jednostkowej drodze cząstki.
Komora Wilsona może być umieszczana w jednorodnym polu magnetycznym. Pozwala to na rozróżnienie cząstek o ładunkach dodatnich i ujemnych. Umożliwia także pomiar ich pędów.
Jeśli znane jest dokładne natężenie pola magnetycznego to poprzez pomiar promieni krzywizny toru cząstki oraz długości toru i gęstości jonizacji można wyznaczyć z dużym prawdopodobieństwem masę, ładunek i energię cząstki jonizującej.
Komora Wilsona pozwala również na obserwację efektów związanych z oddziaływaniem promieniowania gamma z materią. I tak np. można dobrze zobrazować efekt fotoelektryczny polegający na wybijaniu przez fotony elektronów z powłok atomowych. Powstałe elektrony są odpowiedzialne za dalszą jonizację. Na powstających jonach dochodzi do skroplenia pary.
Komora Wilsona i skonstruowane na jej podstawie komory automatyczne otwarły drogę do badań promieniowania kosmicznego. Średnica niektórych komór sięgała kilku metrów.
