光電二極管是一種雙元件 P-N 或 PIN 結，通過透明體或外蓋暴露在光線下。當光線照射到結時，會根據具體工作模式產生電流或電壓。光電二極管有三種工作模式，具體取決于施加到該器件的偏置值。這些是光伏、光電導或雪崩二極管模式。

光電晶體管是一種與光電二極管相似的結半導體器件，其產生的電流與光強度成正比。這種器件可以認為是一種內置電流放大器的光電二極管。光電晶體管是一種 NPN 晶體管，其基極連接部分被光源所取代。

基極集電極結采用反向偏置，通過透明窗口暴露在外部光線下。該器件的基極集電極結會特意做得盡可能大，以使光電流達到最大。基極發射極結采用正向偏置，其集電極電流是入射光照度的函數。光線提供基極電流，通過正常的晶體管作用將其放大。在沒有光照的情況下與光電二極管類似，會有小的暗電流流過。

光電二極管和光電晶體管對一系列波長的光波敏感。在有些情況下，這是設計考慮事項，例如，讓人眼看不到具體操作。設計人員應了解光譜，以使器件與應用相匹配。

光譜范圍為從長波長紅外線 （IR） 延伸到短波長紫外線 （UV）（圖 1）。可見光的波長介于兩者之間。

圖 1：電磁波譜的一部分，光譜橫跨紫外線到紅外線，中間部分是可見光譜。該表列出了可見光波長及其相關頻率。（圖片來源：Once Lighting（上）和 Art Pini（下））。

大多數光電器件都是使用納米 （nm） 工作波長來指定的；很少使用頻率值。

硅 （Si） 光電二極管往往對可見光敏感。紅外敏感器件使用銻化銦 （InSb）、砷化鎵銦 （InGaAs）、鍺 （Ge） 或碲化鎘汞 （HgCdTe）。紫外線敏感器件通常使用碳化硅 （SiC）。