Os elementos principais do sensor radiactivo são o detector e a fonte de radiação.

O tipo de detector utilizado pode ser um contador de Geiger, uma câmara de ionização ou de cintilação. Quer para qualquer um destes detectores o material usado para a sua construção pode ser o plástico PVT. Este é bastante resistente à humidade e aos choques.

O mais simples e antigo detector de radiação é o tubo de Geiger-Muller, ou contador de Geiger. Este tem um barulho intenso quando exposto à radiação. O componente funcional deste detector é um metal cilíndrico que age como um dos eléctrodos. Este está cheio com um gás inerte.Um fio de metal que desce para o centro age como o outro eléctrodo. São usados como isoladores coberturas de vidro. É necessário uma voltagem relativamente elevada para provocar um fluxo de corrente entre os eléctrodos. Quando o tubo é exposto à radiação gama o gás ioniza-se, e as partículas ionizadas transportam a corrente de um eléctrodo para o outro. Quanto mais radiações gama alcançam o gás no tubo, mais são os pulsos gerados. A velocidade resultante do pulso é contada pela associação eléctronica dos circuitos, cujas medições são em pulso por segundo.

Este detector pode ser usado como um interruptor de nível se estiver calibrado para induzir ou não uma mudança quando a radiação indicar um estado elevado ou baixo do nível. O tubo detector de Geiger-Muller pode ser usado apenas com um único dispositivo de detecção.

Este detector é relativamente barato, de pequenas dimensões e ofereçe uma grande segurança.

A câmara de ionização é um detector de nível contínuo com 4 a 6 polegadas de diãmetro do tubo. Este contém um gás pressurizado a várias atmosferas. Uma pequena voltagem de polarização é aplicada a um grande eléctrodo, que se encontra dentro da câmara de ionização ao centro. Ao mesmo tempo que a energia dos raios gama atinge a câmara, um sinal muito pequeno (medido em picoamperes) é detectado enquanto o gás é ionizado. Esta corrente que é proporcional à quantidade de radiação gama recebida pelo detector é amplificada e transmitida como um sinal de medição de nível.

Nas aplicações de medição de nível, a câmara de ionização vai receber a maior parte da ionização e portanto o seu output será maior quando o nível é menor. À medida que o nível sobe e a quantidade de radiações gama absorvidas são maiores, a corrente de saída do detector decresce proporcionalmente.

O sistema está calibrado para ler 0% de nível quando a corrente de saída está no seu ponto mais alto.100% de nível marca o valor mais baixo da corrente de saída. Prováveis desvios à linearidade podem ser corrigidos utilizando um software apropriado.

A câmara de ionização é mais apropriada para zonas vibrantes ou com condições mais ásperas.

A câmara de cintilação ou detector de cintilação contém um tubo fotomultiplicador. Esta câmara possui um plástico cintilador especial, que é extremamente rápido, e também resistente à humidade e aos choques.Este cintilador é utilizado quando se pretende minimizar a actividade da fonte e maximizar a precisão da medição.

A câmara de cintilação é 5 a 10 vezes mais sensível que a câmara de ionização. É também mais cara. No entanto, apesar disso acaba por ser preferível recorrer a esta, pois permite utilizar uma fonte de menor tamanho ou obter uma medição mais correcta. Quando os raios gama atingem o material cintilador (fósforo), este é convertido em flashes visíveis que contêm fotôes, partículas de luz. Estes fotões aumentam em número há medida que vão também aumentando as radiações gama. Os fotões vão desde o plástico cintilador até ao tubo fotomultiplicador, que converte os fotões em electrões. A variável de saída é directamente proporcional às radiações gama que incidem no cintilador.

Os cintiladores estão disponíveis numa série de formas, tamanhos e comprimentos. Um dos últimos modelos consiste num cabo de fibra óptica. Este permite um aumento da sensibilidade através da instalação de mais filamentos no feixe. Outra vantagem do cabo de fibra óptica é que é produzido em vários comprimentos que são fexíveis, permitindo uma adaptação à geometria do reservatório. Tal vai simplificar a medição de níveis em reservatórios esféricos, cónicos ou de outras formas mais.

No que diz respeito à fonte de raios gama ela pode ser de Césium ou de Cobalto.

O grande poder penetrante da radiação nuclear é devido à energia dos fotões. Esta é expressa em electrõesvolt (ev). O isótopo mais comum usado para a medição de nível é o cesium 137 (Cs), cuja energia é de 0,56Mev. Outro isótopo que também pode ser usado é o cobalto 60,(Co), que tem um valor de energia de 1,33Mev. Apesar do cobalto ter maior energia e consequentemente um maior poder penetrante, verifica-se que o seu tempo de vida é curto. Quando um isótopo se desintegra, perde força. O tempo que um isótopo demora a perder metade da sua força é chamado de meia-vida. A meia vida do cobalto 60 é de 5,3 anos, o que é reduzido. Ao longo de pouco tempo a fonte teria pouca força e acabaria por ser substituída ao fim de mais ou menos 5 anos. Tal acabava por ficar caro, dado a necessidade de adquirir outra fonte de radiação.

O césium já não tem este problema. A meia vida deste é de 33 anos. Este tempo é suficiente para que a fonte esteja bem forte durante vários processos. É pois, preferível a utilização do césium como fonte de radiações gama.