Гамма-камера — это устройство для измерения активности радиоактивного изотопа. Гамма-камера состоит из сцинтилляционного кристалла, коллиматора и фотоэлектронных умножителей. Прозрачный сцинтилляционный кристалл (монокристалл йодида натрия с включениями таллия) имеет форму диска диаметром 20—50 см и толщиной 6—12 мм. Co стороны исследуемого органа сцинтилляционный кристалл прикрыт коллиматором. Это устройство изготовлено из материала (чаще свинца), поглощающего ионизирующее излучение, и имеет параллельные сквозные отверстия. Коллиматор пропускает только те кванты излучения, которые движутся вдоль этих отверстий. Кванты излучения вызывают в сцинтилляционном кристалле световые вспышки. Их число пропорционально активности изотопа. Они усиливаются фотоэлектронными умножителями и преобразуются в электрический сигнал. Координаты светящихся на экране точек, вспышек в сцинтилляционном кристалле и распадающихся ядер изотопа в органе совпадают, что позволяет создавать сцинтиграммы. Анализ характеристик каждого кванта излучения происходит независимо, поэтому гамма-камера позволяет изучать распределение активности изотопа над исследуемой областью через короткие промежутки времени. Эти данные подвергают компьютерной обработке и записывают для получения изображения на бумаге.
Большинство современных гамма-камер можно использовать и для однофотонной эмиссионной томографии. Во время этого исследования датчик вращается вокруг больного, описывая круг или эллипс. На основании полученных таким образом данных компьютер выстраивает изображения горизонтальных, фронтальных и сагиттальных срезов, как при МРТ. На срезе отображается активность изотопа только в выбранном слое без наложения излучения от соседних структур, что повышает контрастность изображения и чувствительность метода.