1934年，前苏联科学家切伦科夫在一篇论文中报告了一种奇妙的现象。当把镭发出的辐射穿过一些高折射率的媒质（可以是液体或固体）时，其中部分辐射会被这些媒质所吸收。
在这时会从媒质中发出一种特殊的辐射，这是一种淡蓝色的微弱可见光。由于是切伦科夫发现的一种特殊辐射，因此就被称做“切伦科夫辐射”，其光学效应也被叫做“切伦科夫效应”。
切伦科夫的发现并不是新发现的现象。过去用X射线或γ射线照射荧光物质就会发出强烈的荧光，有时还会伴随强烈的切伦科夫辐射。像放射科的医生或X射线专家就曾观察到这样的现象，但是都没有引起注意，而是把这种现象归到荧光或磷光现象。
切伦科夫以敏锐的观察力注意到了这种现象，他不相信这种现象就是荧光现象。为了搞清楚它，他用水做实验。他怕水中的杂质影响到实验中的荧光现象，他将水反复蒸馏多次，以得到更精确的结论。
实验结果是，液体种类不同不会影响到实验的结论。后来，他只让电子穿过相同的物质（他用的是液体），因此排除了荧光辐射，也排除了镭辐射，进而证实这是高速带电粒子在物质中的一种相互作用。这种效应是带电粒子在物质中行进速度大于光在媒质中的速度传播时，这种带电粒子就发出的一种特殊辐射。一般情况下，人的肉眼是看不见这种辐射的，但这种辐射强度很大时，会在核反应堆中看到。在反应堆的池水中就可以看到微弱的浅蓝色的辉光。可见的切伦科夫辐射是由于反应堆发出的高能电子的速度比光在水中的速度大，并比光在真空中的速度小的原因引起的。这时的电子行进速度在225×108～3×108米／秒。
当切伦科夫的文章发表后，切伦科夫的两位同事弗兰克和塔姆对这种效应做出了适宜的解释。他们认为，这种辐射是带电粒子在物质中形成的电磁冲击波。其实，在日常生活中也能见到类似这种切伦科夫辐射效应的例子。例如，当船在水中以大于水波的波速运动时，船前的波就会产生类似切伦科夫的效应；又如喷气式飞机在空气中以大于声速运动时，飞机前的空气波也可以产生类似切伦科夫辐射的效应。由于切伦科夫、弗兰克和塔姆的研究，他们一起共同获得了1958年度的诺贝尔物理学奖。
切伦科夫效应在高能物理中获得了广泛的应用。根据切伦科夫效应制作成的切伦科夫计数器可用于记录带电粒子所发出的微弱切伦科夫辐射。制作时所选用的物质可以是玻璃、水或纯塑料，当带电粒子以大于光在该媒质中的传播速度进入这些媒质时，就会产生切伦科夫辐射，而后用光电学方法检测出来。这种计数器非常灵敏，且精确可靠。它不但可以确定粒子传播的速度，而且可以精确地确定粒子传播的方向。
由于切伦科夫计数器具有优异的性能，1955年，人们在探测反质子时就使用了切伦科夫计数器。