有些光电探测器非常灵敏，可以探测单个光子。因此可以记录单个光子吸收行为，而无需测量光强或者功率。也可以记录两个或多个探测器的重合程度；这在量子光学很多实验中非常重要。
光子计数的重要性质
光子计数探测器具有一些与其它光电探测器不同的特殊性质。最重要的几条如下：
暗计数率是在没有入射光时平均计数率。它决定了真实光子占主导的信号时最小计数率。错误计数率主要是热效应引起的，因此通过冷却探测器可以显著抑制。同时这也在一定程度上可以减小有源区面积。
最大计数率由探测器的速度或者相应的电子学装置决定。速度受限于死区时间。
量子效率是能记录的光子占入射光子的比例。量子效率较小会引入噪声，尤其探测噪声在量子噪声水平（例如，散粒噪声）时会对探测产生很大影响。
定性的时间都抖动是指记录光子时间的不确定性。它通常定量表示为其均方根值。
尤其是在光电倍增管中，光子吸收和输出电子脉冲之间存在固定的时间延迟。
用于光子计数的光电探测器
单光子探测通常采用的是光电倍增管。尤其如果冷却光电极，该器件的暗计数率很低。量子效率在可见光谱区域可以达到百分之几十，然而对于红外光，量子效率只能达到不到百分之十。
雪崩光电二极管（APD）可以工作在盖格模式用于光子计数。其中，施加的反向电压稍高于雪崩击穿电压。单光子触发电子，在很短时间间隔内降低电压可以使其停止，这一过程决定了死区时间。根据波长的不同，量子效率可以高达50%以上。通过冷却二极管，暗计数率极大的减小，但是这也会提高由捕获载流子引起的寄生脉冲速率。硅基APD用于350nm到1050nm波长范围，暗计数率只有几Hz。时间抖动的均方根通常为几十ps。对于更长波长的近红外区域，需要采用铟镓砷和铟磷或锗材料的器件。其量子效率比可见光谱区域的硅器件更低，但是比IR光电倍增管高。计数率限制在几个MHz，硅APD更高。
混合光电倍增管（参阅词条光电倍增管）通常包括一个真空管集成到雪崩二极管上；它们结合了光电倍增管和雪崩二极管的优势，尤其是速度快，脉冲幅值分辨率高和装置尺寸小。
对于更长的波长，非线性晶体材料中的和频产生可以将光子转化到可见光谱区域，然后再用硅APD进行探测。另一个不常用的方法是采用超导单光子探测器。
应用
单光子计数器可以用在科学和技术的多个领域：
量子光学中的有些领域，尤其是量子信息技术（例如，量子编码），需要单光子探测，具有很高的量子效率和为符合测量提供准确计时。
LIDAR（激光雷达）和OTDR（光时域反射计）工作在很低的光强下，因此可以采用光子计数探测器。
