El tubo fotomultiplicador es una versión sofisticada de un fototubo, pero mucho más sensible.
Además del cátodo fotoemisor el tubo contiene una serie de electrodos recubiertos llamados dínodos cada uno sometido a un potencial (50-100 volts) más positivo que el precedente. El cátodo está recubierto con una superficie fotoemisora como la utilizada en los fototubos. Los dínodos están recubiertos con compuestos como BeO, CsSb que desprenden varios electrones cuando son bombardeados con electrones de alta energía. Cada dínodo está configurado para enfocar los electrones emitidos hacia el dínodo siguiente.
La radiación que llega al fotocátodo provoca la emisión de electrones primarios que son acelerados hasta el primer dínodo. Al incidir en él, cada fotoelectrón origina la emisión de varios electrones adicionales; éstos a su vez son acelerados hasta el dínodo siguiente y así sucesivamente hasta que al final, la corriente producida se recoge en el ánodo, se amplifica electrónicamente y se mide.
Los tubos fotomultiplicadores contienen 9 o 10 dínodos, los cuales originan hasta 100000 electrones por cada fotoelectrón generado en el cátodo. Esta alta amplificación interna significa que pueden ser detectadas potencias radiantes muy bajas sin necesidad de una amplia amplificación externa.
El sistema se caracteriza por su respuesta rápida y elevada sensibilidad (instrumento de medida)
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