Si la fréquence d'émission des photons par la source est λ, le nombre moyen de photons détectés (valeur moyenne du signal) est :

Cette quantité est proportionnelle au temps de pose et à la fréquence d'émission.

L'écart-type réprésente la variation moyenne autour de cette valeur moyenne, qu'on observerait par exemple entre des mesures successives. Cette fluctuation est liée au processus d'émission de photons lui-même, pas à la méthode de mesure ; c'est donc une incertitude fondamentale qu'on ne peut pas outrepasser en changeant d'instrument. On l'appelle couramment bruit de photons dans ce cas.

La qualité de la mesure est estimée par le rapport signal sur bruit. Si aucune autre incertitude n'affecte cette mesure, le rapport signal sur bruit est :

On améliore donc la mesure en posant plus longtemps, mais cette amélioration est lente (en racine de t, voir l'animation ci-dessous).