Tế bào quang điện được tạo thành từ chất bán dẫn, hoạt động của chất bán dẫn này phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng tới. Khi lượng ánh sáng vượt quá một tần số nhất định, các điện tử của chất bán dẫn được tách vị trí hoặc "giải phóng", và tế bào quang điện bắt đầu dẫn điện. Khi ánh sáng yếu đi, không có electron nào được giải phóng và tế bào quang điện không dẫn điện.
Chất bán dẫn được sử dụng trong tế bào quang điện thường có điện trở rất cao. Điều này cho phép tế bào quang điện dừng hoàn toàn dòng điện khi không có ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện, nó sẽ truyền năng lượng vào phần bán dẫn của tế bào. Tần số của ánh sáng tới tỷ lệ thuận với năng lượng truyền đi, do đó càng nhiều ánh sáng thì năng lượng truyền qua càng nhiều. Khi năng lượng này vượt quá một mức nhất định, các điện tử của chất bán dẫn bị tách vùng, và tế bào quang điện bắt đầu dẫn điện. Đây là lý do tại sao tế bào quang dẫn điện khi có cường độ ánh sáng cao chiếu vào.
Một ứng dụng phổ biến của tế bào quang điện là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng. LDR được sử dụng phổ biến trong cảm biến ánh sáng, đèn đường và các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm năng lượng. Tế bào quang điện cũng đóng một phần rất quan trọng trong việc sử dụng hiệu quả ánh sáng ban ngày bằng cách tắt đèn khi ánh sáng tự nhiên đạt mức bình thường.
