El sensor fotoelèctric es compon generalment de dues parts: una ruta de processament i un element de processament. El principi bàsic es basa en l'efecte fotoelèctric, que converteix els canvis mesurats en canvis de senyal òptic, i després converteix els senyals no elèctrics en senyals elèctrics amb l'ajuda d'elements fotoelèctrics. L'efecte fotoelèctric es refereix a il·luminar un objecte amb llum, que es pot veure com una sèrie de fotons amb una certa energia bombardejant l'objecte. En aquest moment, l'energia del fotó es transfereix a l'electró i tota l'energia d'un fotó és alhora. Quan l'electró s'absorbeix, l'estat de l'electró canviarà després d'obtenir l'energia transferida pel fotó, de manera que l'objecte irradiat per la llum produirà l'efecte elèctric corresponent. L'efecte fotoelèctric normalment es divideix en 3 categories:
(1) El fenomen que els electrons poden escapar de la superfície d'un objecte sota l'acció de la llum s'anomena efecte fotoelèctric extern, com ara tub fotoelèctric, tub fotomultiplicador, etc.;
(2) El fenomen que la resistivitat d'un objecte es pot canviar sota l'acció de la llum s'anomena efecte fotoelèctric intern, com ara fotoresistències, fototransistors, etc.;
(3) Sota l'acció de la llum, el fenomen que un objecte genera una determinada força electromotriu direccional s'anomena efecte fotovoltaic. Els sensors fotoelèctrics com les fotocèl·lules realitzen el control convertint els canvis en la intensitat de la llum en canvis en els senyals elèctrics.
En general, el sensor fotoelèctric es compon de tres parts, que es divideixen en: transmissor, receptor i circuit de detecció.
El transmissor està dirigit a l'objectiu per emetre un feix de llum, i el feix de llum emès prové generalment d'una font de llum semiconductora, un díode emissor de llum (LED), un díode làser i un díode emissor d'infrarojos. El feix s'emet ininterrompudament o es modifica l'amplada del pols. El receptor està format per un fotodíode, un fototransistor i una fotocèl·lula. Davant del receptor, s'instal·len components òptics com la lent i l'obertura. Darrere hi ha el circuit de detecció, que pot filtrar el senyal efectiu i aplicar el senyal.