Ο φωτοηλεκτρικός αισθητήρας αποτελείται γενικά από δύο μέρη: μια διαδρομή επεξεργασίας και ένα στοιχείο επεξεργασίας. Η βασική αρχή βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο μετατρέπει τις μετρούμενες αλλαγές σε αλλαγές οπτικού σήματος και στη συνέχεια μετατρέπει περαιτέρω τα μη ηλεκτρικά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα με τη βοήθεια φωτοηλεκτρικών στοιχείων. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο αναφέρεται στον φωτισμό ενός αντικειμένου με φως, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως μια σειρά φωτονίων με μια συγκεκριμένη ενέργεια που βομβαρδίζει το αντικείμενο. Αυτή τη στιγμή, η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται στο ηλεκτρόνιο και ολόκληρη η ενέργεια ενός φωτονίου είναι ταυτόχρονα. Όταν το ηλεκτρόνιο απορροφηθεί, η κατάσταση του ηλεκτρονίου θα αλλάξει αφού λάβει την ενέργεια που μεταφέρεται από το φωτόνιο, έτσι ώστε το αντικείμενο που ακτινοβολείται από το φως να παράγει το αντίστοιχο ηλεκτρικό φαινόμενο. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χωρίζεται συνήθως σε 3 κατηγορίες:

(1) Το φαινόμενο ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να διαφύγουν από την επιφάνεια ενός αντικειμένου υπό τη δράση του φωτός ονομάζεται εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, όπως φωτοηλεκτρικός σωλήνας, σωλήνας φωτοπολλαπλασιαστή κ.λπ.

(2) Το φαινόμενο ότι η ειδική αντίσταση ενός αντικειμένου μπορεί να αλλάξει υπό τη δράση του φωτός ονομάζεται εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, όπως φωτοαντιστάσεις, φωτοτρανζίστορ κ.λπ.

(3) Κάτω από τη δράση του φωτός, το φαινόμενο που ένα αντικείμενο δημιουργεί μια συγκεκριμένη κατευθυντική ηλεκτροκινητική δύναμη ονομάζεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Οι φωτοηλεκτρικοί αισθητήρες όπως τα φωτοκύτταρα πραγματοποιούν τον έλεγχο μετατρέποντας τις αλλαγές στην ένταση του φωτός σε αλλαγές στα ηλεκτρικά σήματα.

Γενικά, ο φωτοηλεκτρικός αισθητήρας αποτελείται από τρία μέρη, τα οποία χωρίζονται σε: πομπό, δέκτη και κύκλωμα ανίχνευσης.

Ο πομπός στοχεύει στον στόχο για να εκπέμψει μια δέσμη φωτός και η εκπεμπόμενη δέσμη φωτός προέρχεται γενικά από μια πηγή φωτός ημιαγωγού, μια δίοδο εκπομπής φωτός (LED), μια δίοδο λέιζερ και μια δίοδο εκπομπής υπέρυθρων. Η δέσμη εκπέμπεται αδιάκοπα ή αλλάζει το πλάτος του παλμού. Ο δέκτης αποτελείται από μια φωτοδίοδο, ένα φωτοτρανζίστορ και ένα φωτοκύτταρο. Μπροστά από τον δέκτη, τοποθετούνται οπτικά εξαρτήματα όπως φακός και διάφραγμα. Πίσω από αυτό βρίσκεται το κύκλωμα ανίχνευσης, το οποίο μπορεί να φιλτράρει το ενεργό σήμα και να εφαρμόσει το σήμα.