Фотоелектрическият сензор обикновено се състои от две части: път за обработка и обработващ елемент. Основният принцип се основава на фотоелектричния ефект, който преобразува измерените промени в промени в оптичния сигнал и след това преобразува допълнително неелектрически сигнали в електрически сигнали с помощта на фотоелектрични елементи. Фотоелектричният ефект се отнася до осветяване на обект със светлина, която може да се разглежда като поредица от фотони с определена енергия, бомбардиращи обекта. По това време енергията на фотона се прехвърля към електрона и цялата енергия на фотона е наведнъж. Когато електронът се абсорбира, състоянието на електрона ще се промени, след като получи енергията, прехвърлена от фотона, така че обектът, облъчен от светлината, ще произведе съответния електрически ефект. Фотоелектричният ефект обикновено се разделя на 3 категории:
(1) Явлението, че електроните могат да избягат от повърхността на обект под действието на светлината, се нарича външен фотоелектричен ефект, като фотоелектрична тръба, фотоумножител и др.;
(2) Явлението, че съпротивлението на обект може да се променя под действието на светлината, се нарича вътрешен фотоелектричен ефект, като фоторезистори, фототранзистори и др.;
(3) Под действието на светлината явлението, че даден обект генерира определена насочена електродвижеща сила, се нарича фотоволтаичен ефект. Фотоелектричните сензори като фотоклетки осъществяват контрол чрез преобразуване на промените в интензитета на светлината в промени в електрическите сигнали.
Като цяло фотоелектричният сензор се състои от три части, които са разделени на: предавател, приемник и детекторна верига.
Предавателят е насочен към целта, за да излъчва светлинен лъч, а излъчваният светлинен лъч обикновено идва от полупроводников източник на светлина, диод, излъчващ светлина (LED), лазерен диод и инфрачервен диод. Лъчът се излъчва непрекъснато или ширината на импулса се променя. Приемникът се състои от фотодиод, фототранзистор и фотоклетка. Пред приемника са монтирани оптични компоненти като обектив и бленда. Зад него е веригата за откриване, която може да филтрира ефективния сигнал и да приложи сигнала.