辐射探测器的主要性能指标有探测效率、分辨率、线性响应、粒子鉴别能力等。
（1）探测效率
探测器探测到的粒子数与在同一时间间隔内入射到探测器中的该种粒子数的比值。它与探测器的灵敏体积、几何形状和对入射粒子的灵敏度有关。一般要求探测器具有高探测效率。但在一些特殊场合，如在极强辐射场下，则要求探测器具有较低的探测效率。
（2）分辨率
根据所分辨的内容的不同，核辐射探测器的分辨率可以分为能量分辨率、空间分辨率、时间分辨率等。
能量分辨率：对于不同能量的同一种辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的最接近的两个能量之差，即为探测器对此种粒子的能量分辨率；
空间分辨率（位置分辨率）：对于不同位置入射的辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的最接近的两个位置间的距离，即为探测器对此种粒子的空间分辨率；
时间分辨率：对于在不同时间到达探测器的辐射粒子，探测器在一定程度上具有将其区分开来的能力。探测器所能区分开的到达时刻最接近的两个粒子的时间间隔，即为探测器对此种粒子的时间分辨率；
上述这些指标一般用测出谱线的半高宽(FWHM)或十分之一高宽(FWTM)表示。
（3）线性响应
探测器给出的信息在一定范围内与入射粒子的能量、强度或位置成线性关系的程度。可分别称为能量线性响应、强度线性响应或位置线性响应。
（4）粒子鉴别能力
一定类型的探测器只对某些种类的入射粒子灵敏，而对其他粒子不灵敏，或是随入射粒子种类的不同而给出不同形式的信息，这就是探测器对粒子的鉴别能力。粒子鉴别能力较好的探测器有利于有选择地探测所需要的粒子而排除其他核辐射的干扰。
（5）灵敏度
又称响应度，等于探测器输出信号和入射信号之比。入射信号增大时，如果输出信号也随之成正比地增加，则称探测器是线性的；否则称探测器是非线性的。
（6）探测率
等于探测器能够探测到的最小辐射功率的倒数。任何探测器都有噪声，比噪声起伏平均值更小的信号实际上探测不出来。产生如噪声那样大的信号所需的辐射功率，称为探测器能探测的最小辐射功率，或称等效噪声功率。
（7）其他性能指标
一般还要求核辐射探测器具有抗辐照损伤的能力和对各种环境条件的适应能力，如温度、湿度、光照、耐腐蚀和机械振动等。现代的一些新型的核辐射探测器，还具有成像功能。这种新型探测器已用于中子照相、γ照相、X衍射和电子显微镜等方面。
