Fotodioda działa poprzez wykorzystanie efektu fotoelektrycznego do konwersji fotonów światła na prąd elektryczny. Kiedy światło o wystarczającej energii (długości fali) pada na materiał półprzewodnikowy fotodiody, generuje pary elektron-dziura w obszarze zubożenia diody. Region ten powstaje poprzez domieszkowanie materiału półprzewodnikowego w celu utworzenia złącza p-n. Pary elektron-dziura utworzone przez zaabsorbowane fotony są następnie usuwane przez pole elektryczne obecne w obszarze zubożenia, wytwarzając fotoprąd, który przepływa przez obwód zewnętrzny, gdy fotodioda jest spolaryzowana zaporowo. Prąd ten jest wprost proporcjonalny do intensywności padającego światła, umożliwiając fotodiodzie dokładne wykrywanie i pomiar poziomu światła.
Fotodioda wytwarza prąd w procesie absorpcji fotonów energii świetlnej. Kiedy fotony uderzają w materiał półprzewodnikowy fotodiody, wzbudzają elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, tworząc pary elektron-dziura. W fotodiodzie spolaryzowanej odwrotnie te pary elektron-dziura są oddzielone wewnętrznym polem elektrycznym obszaru zubożenia. Elektrony są przesunięte w stronę n, a dziury w stronę p, co powoduje przepływ prądu przez obwód zewnętrzny podłączony do fotodiody. Ten fotoprąd jest wprost proporcjonalny do natężenia padającego światła i pozwala fotodiodzie działać jako czujnik lub detektor światła.
Fotodioda wykrywa światło, przekształcając fotony energii świetlnej w prąd elektryczny. Kiedy światło pada na fotodiodę, generuje pary elektron-dziura w obszarze zubożenia materiału półprzewodnikowego. Proces ten zachodzi na skutek efektu fotoelektrycznego, podczas którego fotony o wystarczającej energii wzbudzają elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Powstałe pary elektron-dziura przyczyniają się do fotoprądu, który przepływa przez obwód zewnętrzny podłączony do fotodiody. Mierząc wielkość tego fotoprądu, fotodioda może wykryć i określić ilościowo intensywność padającego światła, co czyni ją istotnym elementem w różnych zastosowaniach wykrywania optycznego i komunikacji.
Zasada działania diody LED (diody elektroluminescencyjnej) i fotodiody różni się zasadniczo w zależności od ich roli w emisji i wykrywaniu światła. Dioda LED działa poprzez zamianę energii elektrycznej na energię świetlną w procesie elektroluminescencji. Po przesunięciu w przód elektrony i dziury łączą się ponownie w materiale półprzewodnikowym diody LED, emitując fotony światła. Proces ten napędzany jest pasmem energetycznym materiału półprzewodnikowego zastosowanego w diodzie LED. Natomiast fotodioda działa w kierunku odwrotnym, aby wykryć światło. Przekształca padające fotony w prąd elektryczny poprzez efekt fotoelektryczny, jak opisano wcześniej. Chociaż oba urządzenia wykorzystują materiały półprzewodnikowe, diody LED są zoptymalizowane pod kątem wydajnej emisji światła, a fotodiody są zoptymalizowane pod kątem czułej detekcji światła.
Fotodetektor, który obejmuje urządzenia takie jak fotodiody i fototranzystory, działa poprzez przekształcanie energii świetlnej w sygnał elektryczny. Fotodetektory zazwyczaj działają w oparciu o zasadę pochłaniania fotonów i generowania prądu lub napięcia proporcjonalnego do natężenia padającego światła. W przypadku fotodiod pod wpływem światła wytwarzają one fotoprąd, który można zmierzyć i wykorzystać do wykrycia obecności lub natężenia światła. Fotodetektory są szeroko stosowane w zastosowaniach takich jak komunikacja optyczna, fotometria, spektroskopia i obrazowanie, gdzie precyzyjne wykrywanie i pomiar sygnałów świetlnych ma kluczowe znaczenie dla dokładnego gromadzenia i analizy danych.