光電傳感器的物理基礎是光電效應，即光會改變半導體材料的許多電特性。光電效應通常分為兩類，即外部光電效應和內部光電效應。外部光電效應是指物質吸收光子并激發(fā)自由電子的行為。當金屬表面被特定的光照射時，金屬將吸收光子并發(fā)射電子，這被稱為光電子。

在發(fā)射電子之前，光的波長必須小于特定的臨界值（等于大于特定臨界值的光的頻率）。臨界值是截止頻率和截止波長。從E=hn-W，如果入射光子的能量hn大于功函數(shù)W，則某些光電子在離開金屬表面后仍有能量殘留，這意味著某些光電子具有一定的動能。由于不同的電子需要不同的功才能與給定的金屬分離，因此在吸收光子的能量并從金屬逸出后，它們具有不同的動能。

由于功函數(shù)W是從金屬中去除電子所必須完成的最小功，因此如果使用E來代表具有最大動能的光電子的動能，則存在以下關系式E=hn  -W（其中h表示普朗克常數(shù)，N表示入射光的頻率），這種關系通常稱為愛因斯坦光電效應方程。

當在非常靠近表面的PN結處輻射光時，如果光的能量足夠大且光子的能量大于禁帶，在半導體材料中，電子可以從價帶傳遞到導帶。能帶成為自由電子，價帶成為自由空穴。在PN結的內部電場的作用下，這些電子和空穴對被推出N區(qū)域，這使N區(qū)域帶負電，P區(qū)域帶正電。這樣，在區(qū)域N和區(qū)域P之間存在電勢差，因此在PN結的兩側產生光電動勢。

光敏電阻的原理基于光導性的影響：沒有光時，光敏電阻具有很高的電阻值。當有光時，當光子的能量大于材料的禁帶時，價帶中的電子會吸收光子的能量。過渡到導帶，激發(fā)成對的電子空穴可以導電，并降低電阻值；光停止后，自由電子和空穴復合，電導率降低，電阻恢復到原始值。

由于光電效應限于照射表面上的薄層，因此通常將半導體材料制成薄膜并賦予足夠的電阻。電水平是梳狀的，使得光敏電阻電極之間的距離短，并且載流子通過電極的時間更短。并且材料載體的壽命相對較長，因此具有很高的內部增益，以獲得高靈敏度。光電傳感器將非電信號轉換為要測量的電信號。通常，它包括三個部分。