光电二极管常用作光探测器。这种装置包含一个p-n结，并且通常在n和p层中间有一层本征层。具有本征层的装置称为PIN型光电二极管。耗尽层或者本征层吸收光后产生电子-空穴对，它们对光电流有贡献。在很大的功率范围内，光电流都是与吸收光强严格成正比的。
光电二极管可以在下面两个不同的模式下工作：
光伏模式：类似于太阳能电池，可以测量受光辐照的光电二极管产生的电压。但是，电压与光功率之间的关系是非线性的，并且动态范围比较小。而且也不能达到峰值速度。
光电导模式：这时二极管上施加反向电压（即，在该方向的电压下如果不存在入射光的情况下二极管是不导电的），然后测量得到的光电流。光电流对光功率的依赖关系是非常线性的，其大小比光功率大六个数量级或者更多，例如，对于有源区为几个mm2的硅p-i-n光电二极管来说后者从几纳瓦到几十毫瓦。反向电压的大小对光电流几乎无影响，对暗电流（没有光时）的影响也很弱，但是电压越高，相应越快，并且装置加热也越快。
常见的放大器（也称为互阻抗放大器）通常用于光电二极管的预放大。这种放大器保持电压为常数，这样光电二极管就工作在光电导模式。并且目前的放大器通常具有很好的噪声性质，并且与采用一个电阻器和电压放大器组成的简单回路相比，放大器的灵敏度与带宽之间可以更好的实现平衡。一些商用放大器装置采用了很多不同的灵敏度设置使实验室中测量功率非常灵活，因此可以得到很大的动态范围，低噪声，有的具有内置显示器，可调节的偏置电压和信号偏移，可调谐的滤波器等。
