Процесс конденсации перенасыщенного пара в камере Вильсона происходит следующим образом: при появлении в среде пара каких-либо центров конденсации (например, ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. 34

Процесс происходит так:

1. Камера Вильсона заполняют насыщенными парами воды, спирта или эфира. 25 Пары тщательно очищают от пыли, чтобы до пролёта частиц у молекул воды не было центров конденсации. 4
2. При резком опускании поршня, вызванном уменьшением под ним давления, пар в камере адиабатно расширяется, его внутренняя энергия уменьшается. 1 В результате пар охлаждается и становится перенасыщенным. 1
3. При попадании какой-либо частицы через специальное окошко внутрь камеры она создаёт ионы, которые становятся ядрами конденсации. 25
4. Вдоль траектории движения частицы возникает след (трек) из сконденсированных капелек, которые можно сфотографировать. 25

Следы частиц в камере существуют недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капли испаряются. 1 Для получения новых следов необходимо восстановить чувствительность камеры: удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух, нагревшийся в камере при сжатии, охладится, и произвести новое расширение. 1