Detektoren sind zentrale Komponenten der experimentellen Werkstoffcharakterisierung, da sie die von einer Probe ausgesandte oder transmittierte Strahlung in auswertbare elektrische Signale umwandeln. In der Materialforschung umfasst dies u. a. Röntgen‑, Elektronen‑, Photon‑, Wärme‑ und mechanische Signale.

Grundlegend lässt sich zwischen direkter und indirekter Detektion unterscheiden. Bei der direkten Elektronendetektion (z. B. modernen CMOS- oder Hybrid-Pixel-Detektoren in der Elektronenmikroskopie) wird die einfallende Strahlung unmittelbar in Ladung im Halbleiter konvertiert. Dies ermöglicht hohe Quanteneffizienz, verbesserte Signal‑Rausch‑Verhältnisse und hohe Ortsauflösung. Indirekte Detektion nutzt Szintillatoren oder Konvertermaterialien, welche Strahlung zunächst in Photonen oder Wärme umwandeln, die danach von Photodetektoren oder pyroelektrischen Detektoren registriert werden.

Röntgendetektoren in Diffraktometrie und Tomographie reichen von simplen Szintillationszählern bis zu 2D-Flächendetektoren mit Hybrid-Pixel-Architektur, die hohe Zählraten, Einzelphotonenempfindlichkeit und energieauflösende Messungen ermöglichen. Photodetektoren (Si-Photodioden, APDs) werden z. B. in optischer Spektroskopie und Dehnungs‑/Temperatur‑Sensorik eingesetzt. Pyroelektrische und bolometrische Detektoren sind für IR‑ und THz‑Messungen relevant, etwa bei der Untersuchung thermischer Eigenschaften.

MEMS‑Detektoren erlauben die hochsensitive Erfassung mechanischer, akustischer oder thermischer Signale auf Chip‑Skala, was in der In‑situ‑Charakterisierung unter realen Umgebungsbedingungen an Bedeutung gewinnt. Großskalige Detektorsysteme wie das Einstein-Teleskop für Gravitationswellen zeigen, dass ähnliche Prinzipien der Rauschreduktion, Kalibrierung und Langzeitstabilität auch für hochpräzise Messaufgaben in der Werkstoffanalytik maßgeblich sind.