Licznik Geigera-Mullera należy do grupy gazowych detektorów jonizacyjnych. Ma postać kondensatora cylindrycznego, w którym katodę stanowią ścianki cylindra, a anodę tworzy drut rozpięty wzdłuż katody. Wnętrze cylindra wypełnione jest gazem, najczęściej argonem, z domieszką par alkoholu.
Odpowiednio dobrane ciśnienie ma warunkować małą drogę swobodną elektronu w stosunku do rozmiarów detektora.
Cząstka jonizująca wpadając do środka licznika powoduje tzw. jonizację pierwotną, czyli wytwarza pewną liczbę par nośników ładunku czyli elektronów odrywanych od atomów gazu i dodatnich jonów tego gazu. Cząstki alfa lub beta jonizują bezpośrednio, natomiast fotony za pośrednictwem wybitego z katody fotoelektronu. Liczba par jonów zależy od energii, jaką cząstka jonizująca deponuje w objętości czynnej (gazie) detektora.
W przypadku licznika G-M oprócz jonizacji pierwotnej występuje również jonizacja wtórna. Odpowiedzialne za nią są elektrony uwalniane z atomów w trakcie jonizacji pierwotnej. W konsekwencji prowadzi to do lawinowego zwiększenia liczby par jonów. Proces ten to tzw. wzmocnienie gazowe.
Na wzrost liczby nośników ładunku ma wpływ również wzbudzenie atomów, które powracając do stanu podstawowego emitują fotony.
Na skutek tych zjawisk w obwodzie licznika zaczyna płynąć prąd jonizacyjny, który wytwarza na oporniku impuls napięcia. Impuls ten po wzmocnieniu może być zarejestrowany przez przelicznik.
Aby licznik mógł zarejestrować kolejny impuls, musi dojść do wygaszenia prądu jonizacyjnego wywołanego przez poprzednią cząstkę. W tym celu właśnie stosuje się domieszkę par alkoholu.
Prawidłową pracę licznika warunkuje przyłożone napięcie. I tak przy zbyt małej wartości napięcia w objętości czynnej detektora nie będzie rozwijała się jonizacja pierwotna i wtórna. W miarę jak napięcie zaczyna rosnąć licznik zaczyna zliczać cząstki. Po przekroczeniu pewnego napięcia progowego impuls uniezależnia się od jonizacji pierwotnej, a jego amplituda zależy jedynie od parametrów detektora. Jest to tzw. plateau czyli prawidłowy obszar pracy licznika. Przy dalszym wzroście napięcia występuje tzw. wyładowanie ciągłe. Uniemożliwia ono zliczanie poszczególnych impulsów i licznik nie może pracować.
