Fotoelektrický senzor se obvykle skládá ze dvou částí: cesty zpracování a prvku zpracování. Základní princip je založen na fotoelektrickém jevu, který převádí naměřené změny na změny optického signálu a následně dále převádí neelektrické signály na elektrické signály pomocí fotoelektrických prvků. Fotoelektrický efekt se týká osvětlení objektu světlem, které lze vidět jako řadu fotonů s určitou energií bombardující objekt. V této době je energie fotonu přenesena na elektron a celá energie fotonu je najednou. Když je elektron absorbován, stav elektronu se změní poté, co dostane energii přenesenou fotonem, takže objekt ozářený světlem bude produkovat odpovídající elektrický efekt. Fotoelektrický jev je obvykle rozdělen do 3 kategorií:
(1) Jev, že elektrony mohou uniknout z povrchu objektu působením světla, se nazývá vnější fotoelektrický jev, jako je fotoelektrická trubice, fotonásobicí trubice atd.;
(2) Jev, že odpor objektu může být změněn působením světla, se nazývá vnitřní fotoelektrický jev, jako jsou fotorezistory, fototranzistory atd.;
(3) Při působení světla se jev, kdy objekt generuje určitou směrovou elektromotorickou sílu, nazývá fotovoltaický efekt. Optické senzory, jako jsou fotobuňky, realizují řízení převodem změn intenzity světla na změny elektrických signálů.
Obecně se fotoelektrický senzor skládá ze tří částí, které jsou rozděleny na: vysílač, přijímač a detekční obvod.
Vysílač je zaměřen na cíl, aby vyzařoval světelný paprsek, a vyzařovaný světelný paprsek obecně pochází z polovodičového světelného zdroje, světelné diody (LED), laserové diody a infračervené diody. Paprsek je vysílán nepřerušovaně nebo se mění šířka pulsu. Přijímač se skládá z fotodiody, fototranzistoru a fotobuňky. Před přijímačem jsou instalovány optické komponenty, jako je objektiv a clona. Za ním je detekční obvod, který může odfiltrovat efektivní signál a aplikovat signál.