本申请涉及双能探测装置、系统及方法，属于辐射检查领域。该装置包括：靠近射线源一侧的第一像素探测器阵列，用于探测相对低能的射线源光子；远离射线源一侧的第二像素探测器阵列，用于探测相对高能的射线源光子；其中第一像素探测器阵列包括多排第一像素探测器，其包括第一灵敏介质、第一光敏器件、用于射线源入射的第一入射面及与第一光敏器件耦合的第一窗口，第一入射面朝向射线源；第二像素探测器阵列包括单排第二像素探测器，其包括第二灵敏介质、第二光敏器件、第二入射面及与第二光敏器件耦合的第二窗口；每个第二像素探测器与其相应的多个第一像素探测器的像素面积相同。本公开能够同时兼顾物质有效原子序数的识别、提升空间分辨能力和增强对射线的有效探测。