Sensor fotoelektrik biasanya terdiri daripada dua bahagian: laluan pemprosesan dan elemen pemprosesan. Prinsip asas adalah berdasarkan kesan fotoelektrik, yang menukarkan perubahan yang diukur kepada perubahan isyarat optik, dan kemudian menukar isyarat bukan elektrik kepada isyarat elektrik dengan bantuan unsur fotoelektrik. Kesan fotoelektrik merujuk kepada menerangi objek dengan cahaya, yang boleh dilihat sebagai satu siri foton dengan tenaga tertentu yang mengebom objek. Pada masa ini, tenaga foton dipindahkan ke elektron, dan keseluruhan tenaga foton adalah serentak. Apabila elektron diserap, keadaan elektron akan berubah selepas ia mendapat tenaga yang dipindahkan oleh foton, supaya objek yang disinari oleh cahaya akan menghasilkan kesan elektrik yang sepadan. Kesan fotoelektrik biasanya dibahagikan kepada 3 kategori:
(1) Fenomena bahawa elektron boleh melarikan diri dari permukaan objek di bawah tindakan cahaya dipanggil kesan fotoelektrik luaran, seperti tiub fotoelektrik, tiub photomultiplier, dsb.;
(2) Fenomena bahawa kerintangan objek boleh diubah di bawah tindakan cahaya dipanggil kesan fotoelektrik dalaman, seperti photoresistors, phototransistor, dll.;
(3) Di bawah tindakan cahaya, fenomena bahawa objek menghasilkan daya gerak elektrik arah tertentu dipanggil kesan fotovoltaik. Penderia fotoelektrik seperti fotosel merealisasikan kawalan dengan menukar perubahan dalam keamatan cahaya kepada perubahan dalam isyarat elektrik.
Secara umum, sensor fotoelektrik terdiri daripada tiga bahagian, yang dibahagikan kepada: pemancar, penerima dan litar pengesanan.
Pemancar ditujukan kepada sasaran untuk memancarkan pancaran cahaya, dan pancaran cahaya yang dipancarkan biasanya datang daripada sumber cahaya semikonduktor, diod pemancar cahaya (LED), diod laser dan diod pemancar inframerah. Rasuk dipancarkan tanpa gangguan, atau lebar nadi ditukar. Penerima terdiri daripada fotodiod, fototransistor, dan fotosel. Di hadapan penerima, komponen optik seperti kanta dan apertur dipasang. Di belakangnya adalah litar pengesanan, yang boleh menapis isyarat berkesan dan menggunakan isyarat.