熱釋光探測器就是利用這樣一個過程，選擇那些在電離輻射的照射下被俘獲的電子在普通溫度下處于穩定狀態的材料、照射之后如果把該材料加熱到某個適當的溫度則俘獲的電子就被釋放出來，并返回到價帶，同時發射出一個可見光光子。因此，如果在暗處加熱該探測元件，探測元件上面放上光電倍增管，則測得的光輸出就正比于探測器接受的輻射劑量。最常用的材料是氟化鋰(LiF)、硫酸鈣CaSO4)，熱釋光探測器的靈敏度優于玻璃測量儀，但讀數重復性差。
熱釋光（Thermoluminescence，簡寫TL）探測器因為其原理的簡潔性以及操作便捷性已被廣泛用于個人劑量的監測當中。
此外，還有半導體探測器、氣體電離室探測器、高純鍺等多種實用型探測器。