Il sensore fotoelettrico è generalmente composto da due parti: un percorso di elaborazione e un elemento di elaborazione. Il principio di base si basa sull'effetto fotoelettrico, che converte i cambiamenti misurati in cambiamenti del segnale ottico, e quindi converte ulteriormente i segnali non elettrici in segnali elettrici con l'aiuto di elementi fotoelettrici. L'effetto fotoelettrico si riferisce all'illuminazione di un oggetto con la luce, che può essere vista come una serie di fotoni con una certa energia che bombardano l'oggetto. In questo momento, l'energia del fotone viene trasferita all'elettrone e l'intera energia di un fotone è tutta in una volta. Quando l'elettrone viene assorbito, lo stato dell'elettrone cambierà dopo aver ottenuto l'energia trasferita dal fotone, in modo che l'oggetto irradiato dalla luce produrrà il corrispondente effetto elettrico. L'effetto fotoelettrico è solitamente diviso in 3 categorie:

(1) Il fenomeno che gli elettroni possono fuoriuscire dalla superficie di un oggetto sotto l'azione della luce è chiamato effetto fotoelettrico esterno, come tubo fotoelettrico, tubo fotomoltiplicatore, ecc.;

(2) Il fenomeno che la resistività di un oggetto può essere modificata sotto l'azione della luce è chiamato effetto fotoelettrico interno, come fotoresistori, fototransistor, ecc.;

(3) Sotto l'azione della luce, il fenomeno che un oggetto genera una certa forza elettromotrice direzionale è chiamato effetto fotovoltaico. I sensori fotoelettrici come le fotocellule realizzano il controllo convertendo i cambiamenti nell'intensità della luce in cambiamenti nei segnali elettrici.

In generale, il sensore fotoelettrico è composto da tre parti, che sono divise in: trasmettitore, ricevitore e circuito di rilevamento.

Il trasmettitore è rivolto al bersaglio per emettere un fascio di luce e il fascio di luce emesso proviene generalmente da una sorgente luminosa a semiconduttore, un diodo a emissione luminosa (LED), un diodo laser e un diodo a emissione infrarossa. Il raggio viene emesso ininterrottamente o la larghezza dell'impulso viene modificata. Il ricevitore è composto da un fotodiodo, un fototransistor e una fotocellula. Di fronte al ricevitore sono installati componenti ottici come l'obiettivo e l'apertura. Dietro di esso c'è il circuito di rilevamento, che può filtrare il segnale effettivo e applicare il segnale.