Polovodičový hybridní pixelový detektor Timepix je nástupcem velmi úspěšného detektoru Medipix2. Kromě vynikajících zobrazovací vlastností jako je vysoký dynamický rozsah, absence temného proudu či možnost počítání jednotlivých částic, navíc umožňuje v každém pixelu měřit čas interakce a množství zanechané energie. Tyto vlastnosti otevírají rozsáhlé možnosti jeho použití v nejrůznějších aplikacích. Tato práce řeší širokou množinu úloh, které je nutno pokrýt, chceme-li plně využít všechny výhody tohoto detektoru, počínaje co nejlepším pochopením vlastního chování detektoru a konče vývojem specifického hardware. V práci jsou prezentovány nové metody charakterizace a vyhodnocování vlastností detektoru, možnosti nových a unikátních aplikací, stejně tak, jako vývoj nových hardwarových řešení, výrazně rozšiřujících použitelnost tohoto vynikajícího detekčního zařízení. Jedná se například o vyhodnocování místního radiačního poškození v křemíkovém senzoru pomocí mapování sběru náboje, polohově citlivá spektroskopie ultra-chladných neutronů nebo vývoj miniaturního teleskopu pro detekci kosmického záření ve vesmíru.