Když laserový senzor pracuje, laserová emitující dioda je nejprve zaměřena na cíl, aby emitovala laserové pulsy. Laserové světlo se po odrazu od cíle rozptyluje do všech směrů. Část rozptýleného světla se vrací do přijímače senzoru a po přijetí optickým systémem je zobrazena na lavinové fotodiodě. Lavinová fotodioda je optický senzor s funkcí vnitřního zesílení, takže dokáže detekovat extrémně slabé světelné signály a převádět je na odpovídající elektrické signály. Nejběžnější je laserový snímač vzdálenosti, který dokáže určit vzdálenost cíle záznamem a zpracováním uplynulého času od odeslání světelného impulsu do okamžiku jeho přijetí. Laserový senzor musí měřit dobu průchodu extrémně přesně, protože rychlost světla je příliš vysoká.
Přehnané požadavky na elektronickou technologii jsou příliš drahé na to, aby je bylo možné realizovat. Dnešní laserové snímače vzdálenosti se však této překážce chytře vyhýbají pomocí jednoduchého statistického principu, tedy zákona o průměrování pro dosažení rozlišení 1 mm, a mohou zajistit rychlost odezvy.