熱釋光劑量儀是將接收照射的這種劑量計加熱，并用光電倍增管測量熱釋光輸出，即可讀出輻射劑量值。優點是即使擱置很長時間后，其讀數衰減很少。此外，可制成各種形狀的膠片佩章，以供個人劑量監測使用。
熱釋光劑量儀由熱釋光元件和熱釋光測讀儀兩部分構成。熱釋光元件是多晶粉末，由于含有微量金屬雜質等原因而形成晶格“缺陷”，晶格缺陷導致其周圍電中性的破壞而呈現帶電中心，具有吸引、束縛電子的能力，稱為“陷阱”。當受到射線照射時，元件中原子的軌道電子被激發，可從正常位置落入陷阱，且在常溫下地留在其中，只有在熱釋光元件被加熱到一定溫度時，落入陷阱的電子才會退激而逸出陷阱，返回其正常位置，同時其多余的能量以光子的形式釋出，發出可見的熒光。這種現象稱為熱釋光。在一定條件下，加熱所釋放出來的總光子數與元件所受到的照射劑量成正比，因此可以用熱釋光的強度來度量照射劑量的大小。
熱釋光劑量儀具有自動校準、扣除本底、加溫參數設置和實時測量結果打印等功能。熱釋光劑量讀出器可與計算機連接，通過熱釋光劑量讀出器應用軟件，在測量探測器的劑量時，可實時給出探測器的發光曲線，通過顯示的發光曲線可以判別所選測量的靈敏度是否合適，能判別測量的數據的性，以及了解所用的探測器的性能與質量。同時可以進行數據管理、檢索、以及數據輸出。
