光電傳感器的物理基礎是光電效應，即光可以改變半導體材料的許多電學(xué)性質(zhì)。光電效應通常分為兩類(lèi)，即外部光電效應和內部光電效應。外部光電效應是指物質(zhì)吸收光子和激發(fā)自由電子的行為。當金屬表面受到特定光照射時(shí)，金屬吸收光子并產(chǎn)生電子，即光電子。
在發(fā)射電子之前，光的波長(cháng)必須小于某一特定臨界值(等于大于某一特定臨界值的光的頻率)。臨界值是截止頻率和截止波長(cháng)。從E≥W，如果入射光子的能量h大于功函數W，一些光電子在離開(kāi)金屬表面后仍有能量殘留，這意味著(zhù)一些光電子具有一定的動(dòng)能。由于不同的電子需要不同的功才能與給定的金屬分離，它們在吸收光子能量和逃離金屬主圖1之后有不同的能量。
由于功函數W是從金屬中除去電子所必須做的最小功，如果用E來(lái)表示具有最大動(dòng)能的光電子的動(dòng)能，則存在以下關(guān)系式E=hn-W(其中h表示普朗克常數，N表示入射光的頻率)，這通常稱(chēng)為愛(ài)因斯坦光電效應方程。
當光在離表面非常近的PN結處輻射時(shí)，如果光的能量足夠大，并且光子的能量大于帶隙，電子就可以從價(jià)帶轉移到半導體材料的傳導帶。能帶可以變成自由電子，價(jià)帶可以變成自由空穴。在PN結內部電場(chǎng)的作用下，這些電子和空穴對被推出N區，使N區為負，P區為正。這樣，N區和P區之間就有了潛在的差別，因此在PN結的兩側產(chǎn)生了光電電勢。
光阻的原理是基于光電導的影響：當沒(méi)有光時(shí)，光敏電阻具有很高的電阻值。當有光時(shí)，當光子的能量大于材料的帶隙時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子的能量。在向導帶過(guò)渡后，電子空穴成對激發(fā)可以導電，減小電阻值。光停止后，自由電子和空穴結合，電導率降低，電阻恢復到原來(lái)的值。
由于光電效應僅限于輻照表面的薄層，所以半導體材料通常被制成薄膜，并給予足夠的電阻。電電平是梳狀的，使得光敏電阻電極和載流子通過(guò)電極的距離縮短了一段時(shí)間。而且材料載體的壽命相對較長(cháng)，因此它具有較高的內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。