Фотоелектрични сензор се генерално састоји од два дела: путање за обраду и елемента за обраду. Основни принцип се заснива на фотоелектричном ефекту, који измерене промене претвара у промене оптичког сигнала, а затим даље неелектричне сигнале претвара у електричне сигнале уз помоћ фотоелектричних елемената. Фотоелектрични ефекат се односи на осветљавање објекта светлошћу, која се може видети као низ фотона са одређеном енергијом који бомбардују објекат. У овом тренутку, енергија фотона се преноси на електрон, а целокупна енергија фотона је одједном. Када се електрон апсорбује, стање електрона ће се променити након што добије енергију коју преноси фотон, тако да ће објекат озрачен светлошћу произвести одговарајући електрични ефекат. Фотоелектрични ефекат се обично дели у 3 категорије:

(1) Феномен да електрони могу да побегну са површине објекта под дејством светлости назива се спољашњи фотоелектрични ефекат, као што је фотоелектрична цев, фотоумножачка цев итд.;

(2) Феномен да се отпорност објекта може променити под дејством светлости назива се унутрашњи фотоелектрични ефекат, као што су фотоотпорници, фототранзистори итд.;

(3) Под дејством светлости, појава да објекат генерише одређену усмерену електромоторну силу назива се фотонапонски ефекат. Фотоелектрични сензори као што су фотоћелије остварују контролу претварањем промена интензитета светлости у промене у електричним сигналима.

У принципу, фотоелектрични сензор се састоји од три дела, који су подељени на: предајник, пријемник и коло детекције.

Предајник је усмерен на мету да емитује светлосни сноп, а емитовани светлосни сноп углавном долази из полупроводничког извора светлости, светлеће диоде (ЛЕД), ласерске диоде и инфрацрвене емитујуће диоде. Сноп се емитује непрекидно, или се мења ширина импулса. Пријемник се састоји од фотодиоде, фототранзистора и фотоћелије. Испред пријемника су уграђене оптичке компоненте као што су сочиво и отвор бленде. Иза њега је коло за детекцију, које може филтрирати ефективни сигнал и применити сигнал.