Cảm biến quang điện thường bao gồm hai phần: một đường dẫn xử lý và một phần tử xử lý. Nguyên tắc cơ bản là dựa trên hiệu ứng quang điện, chuyển đổi các thay đổi đo được thành các thay đổi tín hiệu quang, sau đó tiếp tục chuyển các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện với sự trợ giúp của các phần tử quang điện. Hiệu ứng quang điện liên quan đến việc chiếu sáng một vật thể bằng ánh sáng, có thể được xem như một loạt các photon với một năng lượng nhất định bắn phá vật thể đó. Lúc này, năng lượng của photon được chuyển cho electron, và toàn bộ năng lượng của photon là tất cả cùng một lúc. Khi electron bị hấp thụ, trạng thái của electron sẽ thay đổi sau khi nó được năng lượng do photon truyền đi, do đó vật thể bị ánh sáng chiếu vào sẽ tạo ra hiệu ứng điện tương ứng. Hiệu ứng quang điện thường được chia thành 3 loại:
(1) Hiện tượng êlectron có thể thoát ra khỏi bề mặt vật dưới tác dụng của ánh sáng được gọi là hiệu ứng quang điện ngoài, như ống quang điện, ống nhân quang, v.v ...;
(2) Hiện tượng điện trở suất của một vật có thể thay đổi dưới tác dụng của ánh sáng được gọi là hiệu ứng quang điện bên trong, chẳng hạn như quang trở, quang trở, v.v ...;
(3) Dưới tác dụng của ánh sáng, hiện tượng vật sinh ra suất điện động có hướng xác định gọi là hiệu ứng quang điện. Cảm biến quang điện chẳng hạn như tế bào quang điện nhận ra điều khiển bằng cách chuyển đổi những thay đổi về cường độ ánh sáng thành những thay đổi trong tín hiệu điện.
Nhìn chung, cảm biến quang điện được cấu tạo bởi ba phần, được chia thành: mạch phát, mạch thu và mạch phát hiện.
Máy phát hướng vào mục tiêu để phát ra chùm sáng, và chùm sáng phát ra thường đến từ nguồn sáng bán dẫn, điốt phát quang (LED), điốt laze và điốt phát tia hồng ngoại. Chùm được phát ra không bị gián đoạn hoặc độ rộng xung bị thay đổi. Máy thu bao gồm một điốt quang, một điện trở quang và một tế bào quang điện. Phía trước đầu thu, các bộ phận quang học như ống kính và khẩu độ được lắp đặt. Đằng sau nó là mạch phát hiện, có thể lọc ra tín hiệu hiệu quả và áp dụng tín hiệu.