Nei contatori proporzionali la rivelazione della radiazione X incidente avviene tramite l'interazione con un gas. Nei contatori che operano in modo a singolo impulso la rivelazione dell'evento avviene tramite una moltiplicazione nel gas che amplifica la carica prodotta (ioni ed elettroni) nel gas. Questa moltiplicazione fornisce infine un segnale facilmente misurabile anche per fotoni X di energia relativamente bassa e rende i contatori proporzionali rivelatori estremamente adatti all'uso spettroscopico per raggi X di bassa energia. I contatori proporzionali sono comunemente usati in astronomia X da E<1 keV sino a 30-40 keV. In questo intervallo di energia i gas normalmente usati in questi contatori (Argon e Xenon) e l'uso di contatori pressurizzati consentono di ottenere un'alta efficienza di rivelazione.
Questo tipo di rivelatore si basa sulla formazione, all'interno dal gas, di una ``valanga'' di ioni/elettroni, provocata dalla presenza di un campo elettrico di opportuna intensità. Gli elettroni e ioni primari, prodotti dall'interazione del fotone X con il gas, vengono trasportati verso il corrispondente elettrodo e durante il tragitto urtano contro le molecole neutre del gas. Nel tragitto verso gli elettrodi sia gli ioni che gli elettroni vengono accelerati dal campo elettrico presente nel rivelatore. In particolare gli elettroni, che hanno maggior mobilità rispetto agli ioni, possono acquistare un'energia cinetica sufficiente a ionizzare le molecole neutre di gas, creando ulteriori coppie ione/elettrone. Questo processo può avvenire solo se gli elettroni acquistano un'energia cinetica sufficiente a produrre questa ionizzazione secondaria, il che avviene per campi elettrici dell'ordine di 106 V m-1.
Nel gas gli ioni e gli elettroni hanno, per un dato valore del campo elettrico applicato, una diversa mobilità. La velocità alla quale si muovono nel gas é differente. In particolare per gli ioni la velocità é per un ampio intervallo di valori del campo elettrico in prima approssimazione proporzionale al valore del campo elettrico stesso. Questo si traduce in tempi di transito relativamente lunghi, anche dell'ordine di svariati millisecondi.
Gli elettroni liberi invece hanno una mobilità di gran lunga superiore e quindi tempi di raccolta della carica corrispondentemente più brevi, dell'ordine dei microsecondi.