In die hoch evakuierte Photomultiplier-Röhre sind mehrere Elektroden eingeschmolzen. Zwischen der Photokathode und ihnen wird eine von Elektrode (Anode) zu Elektrode (Anode) wachsende Spannung angelegt. Das zu detektierende Photon löst durch Photoeffekt in der Photokathode Elektronen aus, die zur nächsten Anode beschleunigt werden, aber ihrerseits beim Aufprall weitere Elektronen "herausschlagen". Das wiederholt sich von Anode zu Anode, so dass eine sich immer mehr verstärkende Elektronenlawine schließlich die Auffänger-Elektrode erreicht. Die Zahl der Elektronen in der Lawine ist dann so groß geworden, dass sie mit der verfügbaren Elektronik leicht nachgewiesen werden kann. Nachteil dieses Geräts ist, dass nicht jedes einfallende Photon zu einer Elektronenlawine führt.