光電傳感器的物理基礎是光電效應，即半導體材料的許多電學性質都會因曝光而改變。光電效應一般分為兩類: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並激發自由電子的行為。當金屬表麵被特定的光照射時，金屬吸收光子並發射電子，發射的電子稱為光電子。當光的波長需要小於某一臨界值(相當於光的頻率高於某一臨界值)時，就可以發射電子，這個臨界值就是極限頻率和極限波長。從E = HN - W開始，如果入射光子的能量HN大於功函數W，則部分光電子在離開金屬表麵後還有剩餘能量，即部分光電子具有動能。由於不同的電子與金屬所需的功不同，它們吸收光子的能量，而從金屬逃逸後剩餘的動能也不同。自功函數的小值是w的功使電子離開金屬,如果e是光電子的動能大動能,然後下麵的關係e = hn-w (h代表普朗克常數和N代表入射光的頻率)。這種關係通常被稱為愛因斯坦光電效應方程。