Een ionisatierookmelder reageert op veranderingen van de ionenstroom, in de meetkamer van de melder. De lucht in de meetkamer wordt met behulp van een radioactieve bron geïoniseerd. Hierdoor ontstaan positief en negatief geladen deeltjes. Wanneer de geïoniseerde lucht door een elektrisch veld stroomt, ontstaat (door de bewegingen van de geladen deeltjes) een elektrische stroom. De positief geladen deeltjes bewegen naar de negatieve elektroden en de negatief geladen deeltjes naar de positieve elektroden.
De stroomsterkte is afhankelijk van de aangelegde spanning. Wanneer er rookdeeltjes in de meetkamer komen, zullen de ionen zich aan deze rookdeeltjes hechten, waardoor de stroom in de meetkamer zal verminderen. De aan de rookdeeltjes gekoppelde geïoniseerde luchtdeeltjes, gaan trager bewegen. Dit houdt in dat de weerstand toeneemt. De hiermee gepaard gaande vermindering van de stroom, zal bij het bereiken van de ingestelde waarde een alarm geven.
Het tweekamerprincipe
Om onechte meldingen te voorkomen, worden de ionisatierookmelders uitgevoerd volgens het tweekamerprincipe. Naast de meetkamer is er een gesloten referentiekamer aanwezig. Wanneer er geen rook in de melder aanwezig is, zal de stroom door beide meetkamers in evenwicht zijn. Indien er rook in de meetkamer komt, zal de verandering van de stroom in de meetkamer groter zijn dan in de referentiekamer. Als gevolg hiervan zal een elektrische schakeling een alarm geven. Een geleidelijke verandering (bijvoorbeeld verandering van luchtdruk), zal door beide kamers worden gedetecteerd en zal de stroom in evenwicht houden.