在弱光情况下，光的量子特征明显，即光子。一束单色光可以看成是光子流，光子流量定义为单位时间内通过某一截面的光子数量。当微弱光照射到光电管阴极时，每个入射光子以一定的概率使光电管阴极发射出一个电子。这个光电子经倍增系统的放大后在阳极回路中形成一个电流脉冲，通过负载电阻将电流脉冲转换为电压脉冲，这个脉冲称为单光子脉冲。经过放大转换的单光子脉冲就可以被检测和计数。
单光子计数是利用弱光下光电倍增管输出电流信号自然离散的特征，采用脉冲高度甄别和数字计数技术将淹没在背景噪声中的弱光信号提取出来的方法。该方法具有较高的线性动态范围，经转换后输出数字信号，便于计算处理。
