超导纳米线单光子探测器（常简写为SNSPD或SSPD）由薄（≈5 nm）和窄（≈100 nm）的超导纳米线组成。长度通常为数百微米，纳米线以紧凑的曲折几何形状图案化，以创建具有高检测效率的方形或圆形像素。纳米线被冷却到低于其超导临界温度，并用接近但小于纳米线超导临界电流的直流电流偏置。入射到纳米线上的光子会破坏库珀对，并将局部临界电流降低到偏置电流以下。这导致形成具有有限电阻的局部非超导区域或热点。该电阻通常大于读出放大器的50欧姆输入阻抗，因此大部分偏置电流被分流到放大器。这会产生一个可测量的电压脉冲，大约等于偏置电流乘以50欧姆。随着大部分偏置电流流过放大器，非超导区域冷却并恢复到超导状态。电流返回纳米线的时间通常由纳米线的电感时间常数设置，等于纳米线的动电感除以读出电路的阻抗。器件的正确自复位，要求该感应时间常数比纳米线热点的固有冷却时间慢。2001年，Goltsman等人报道了国际上第一个超导纳米单光子探测器[Appl. Phys. Lett.79, 705 2001], 南京大学超导单光子探测实验室研制出中国第一个超导纳米线单光子探测器[Chinese Science Bulletin 54, 2150 2009]。