Widmo promieniowania gamma jest charakterystyczne dla radionuklidu zawartego w próbce tak jak w spektroskopii optycznej widmo optyczne jest charakterystyczne dla atomów i cząsteczek zawartych w materiale próbki.
Do wyposażenia używanego w spektroskopii gamma należą: czuły na energię kwantów detektor promieniowania, wzmacniacze, analizator wielokanałowy oraz system akwizycji danych. Najbardziej popularnymi są detektory: scyntylacyjny z kryształem jodku sodu (NaI) oraz półprzewodnikowy germanowy wysokiej czystości (high-purity germanium, HPGe).
Składniki układu System spektrometrii gamma składa się z detektora, elektroniki zbierającej i procesującej sygnały otrzymywane z detektora i komputera z oprogramowaniem do tworzenia, wyświetlania i przechowywania danych. Dodatkowo może zawierać inne komponenty jak miernik częstości czy stabilizator pozycji piku.