Ko laserski senzor deluje, se dioda, ki oddaja laser, najprej usmeri na tarčo, da oddaja laserske impulze. Laserska svetloba se po odbitju od tarče razprši v vse smeri. Del razpršene svetlobe se vrne v sprejemnik senzorja in se po sprejemu optičnega sistema prikaže na lavinski fotodiodi. Lavinska fotodioda je optični senzor s funkcijo notranjega ojačanja, tako da lahko zazna izjemno šibke svetlobne signale in jih pretvori v ustrezne električne signale. Najpogostejši je laserski senzor za določanje razdalje, ki lahko določi ciljno razdaljo s snemanjem in obdelavo časa, ki je pretekel od trenutka, ko je svetlobni impulz poslan, do trenutka, ko ga sprejme. Laserski senzor mora izredno natančno meriti prehodni čas, saj je svetlobna hitrost prehitra.
Prevelike zahteve po elektronski tehnologiji so predrage za realizacijo. Toda današnji laserski senzorji za določanje razdalje se tej oviri spretno izognejo z uporabo preprostega statističnega principa, to je zakona povprečenja, da dosežejo ločljivost 1 mm in lahko zagotovijo hitrost odziva.