光電二極管是將光信號轉換成電流或電壓信號的特殊二極管，它與常規二極管結構上基本相似，都具有一個PN結，但光電二極管在設計和制作時盡量使PN結的面積相對較大，以便接收入射光。

其基本原理是當光照在二極管上時，被吸收的光能轉換成電能。光電二極管工作在反向電壓作用下，只通過微弱的電流（一般小于0.1微安），稱爲暗電流，有光照時，攜帶能量的光子進入PN結後，把能量傳給共價鍵上的電子，使有些電子掙脫共價鍵，而産生電子-空穴對，稱爲光生載流子，因爲光生載流子的數目是有限的，而光照前多子的數目遠大于光生載流子的數目，所以光生載流子對多子的影響是很小的，但少子的數目少有比較大的影響，這就是爲什麽光電二極管是工作在反向電壓下而不是正向電壓下，于是在反向電壓作用下被光生載流子影響而增加的少子參加漂流運動，在P區，光生電子擴散到PN結，如果P區厚度小于電子擴散長度，那麽大部分光生電子將能穿過P區到達PN結，在N區也是相同的道理，也因此光電二極管在制作時，PN結的結深很淺，以促使少子的漂移。

綜上若光的強度越大，反向電流也就越大，這種特性稱爲光導電，而這種現象引起的電流稱爲光電流。總的來說光電二極管的工作是一个吸收的过程，它将光的变化转换成反向电流的变化，光照产生电流和暗电流的综合就是光电流，因此光電二極管的暗电流因尽量最小化来提器件对光的灵敏度，光的强度与光电流成正比，因而就可以把光信号转换成电信号。