如图所示，火花室由若干金属板组成，室内充有一个大气压的氦氖混合气体。当一个带电粒子入射后，沿粒子径迹的气体分子被电离。同时，粒子使计数器望远镜构成的触发系统动作，触发一个前沿陡峭的高压脉冲加到板上，使电子发生"雪崩"，造成高度电离的导电通道，产生火花放电，最后用照相法录下火花。

使用时，为了避免散射或相互作用，常用几十微米厚的铝箔做金属板。但对γ射线，则常用铅板，兼作转换体。γ射线在铅板中产生的电子对簇射可形成火花。

在结构上，火花室可分为窄缝室和宽缝室两类。前者沿电场方向放电，后者则在较宽的范围内(约50°)，沿粒子径迹放电。γ射线天文观测常用窄缝室。火花室根据数据显示方式不同，还有用微音器拾取火花声音到达时间进行定位的声室。有一种用摄像管代替照相的方法，将火花径迹以电荷形式存贮在管子的光阴极上。电荷量与光强有关，用电子枪发出的电子束对电荷分布进行扫描，便可得到径迹数据，记录在磁带上。这种方法的灵敏度和分辨率比照相法低。将火花室置于强磁场中可构成磁谱仪，根据径迹的偏转曲率，可测量带电粒子的动量和所带电荷的符号。

作为高能粒子探测器,火花室有较好的空间分辨率,其定位精度稍低于气泡室。但是它可触发动作，事例选择能力强。在γ射线天文观测中，它能适应γ射线点源流强低、探测环境电子本底高的特点。火花室的探测面积可以做得很大，借以提高灵敏度，并对点源精确定位，大大提高仪器的信噪比，从而减小本底干扰。所以，在卫星或气球上的γ射线探测系统中，火花室常用来作为中心探测器。

火花室兼备径迹探测器和闪烁计数器两者的优点，结构简单，使用安排灵活，空间分辨率为0.3~2毫米，分辨时间约1微秒。1959年火花室开始用于高能物理实验。

作为高能粒子探测器，火花室有较好的空间分辨率，其定位精度稍低于气泡室。但是它可触发动作，事例选择能力强。