Fotoelektrični senzor je na splošno sestavljen iz dveh delov: procesne poti in procesnega elementa. Osnovni princip temelji na fotoelektričnem učinku, ki izmerjene spremembe pretvori v spremembe optičnega signala, nato pa s pomočjo fotoelektričnih elementov neelektrične signale pretvori v električne. Fotoelektrični učinek se nanaša na osvetlitev predmeta s svetlobo, ki jo lahko vidimo kot niz fotonov z določeno energijo, ki bombardirajo predmet. V tem času se energija fotona prenese na elektron in celotna energija fotona je naenkrat. Ko se elektron absorbira, se stanje elektrona spremeni, potem ko dobi energijo, ki jo prenaša foton, tako da bo predmet, ki ga obseva svetloba, povzročil ustrezen električni učinek. Fotoelektrični učinek je običajno razdeljen v 3 kategorije:
(1) Pojav, da lahko elektroni uidejo s površine predmeta pod vplivom svetlobe, se imenuje zunanji fotoelektrični učinek, kot je fotoelektrična cev, fotopomnoževalna cev itd.;
(2) Pojav, da se lahko upornost predmeta spremeni pod vplivom svetlobe, imenujemo notranji fotoelektrični učinek, kot so fotoupori, fototranzistorji itd.;
(3) Pojav, da predmet ustvari določeno usmerjeno elektromotorno silo, se pod vplivom svetlobe imenuje fotovoltaični učinek. Fotoelektrični senzorji, kot so fotocelice, izvajajo nadzor s pretvarjanjem sprememb intenzivnosti svetlobe v spremembe električnih signalov.
Na splošno je fotoelektrični senzor sestavljen iz treh delov, ki so razdeljeni na: oddajnik, sprejemnik in detekcijski krog.
Oddajnik je usmerjen v cilj, da oddaja svetlobni žarek, oddani svetlobni žarek pa običajno prihaja iz polprevodniškega vira svetlobe, svetleče diode (LED), laserske diode in infrardeče oddajne diode. Žarek se oddaja neprekinjeno ali pa se spremeni širina impulza. Sprejemnik je sestavljen iz fotodiode, fototranzistorja in fotocelice. Pred sprejemnikom so nameščene optične komponente, kot sta leča in zaslonka. Za njim je detekcijsko vezje, ki lahko filtrira učinkovit signal in ga uporabi.