Đặc tuyến Volt-Ampere của photodiode. Các đường thẳng biểu diễn tải mạch ngoài, với I=(thiên áp-điện áp diode)/(tổng trở mạch). Điểm cắt của chúng với đặc tuyến V-A biểu thị dòng và điện áp thiên áp thực tế, điện trở và mức chiếu sáng.

Photodiode được làm bằng một số chất bán dẫn liệt kê dưới đây, và vùng phổ ánh sáng làm việc. Phạm vi của ánh sáng nhìn thấy là từ 380 nm đến 780 nm.

Chất bán dẫn	Ký hiệu hóa	Vùng bước sóng (nm)
Silicon	Si	190–1100
Germani	Ge	400–1700
Arsenua indi	InAs	800–2600
Sulfua chì(II)	PbS	1000–3500
Tellua cadmi-thuỷ ngân	HgCdTe	400–14.000
Tellua cadmi	CdTe	5000–20.000

Photodiode có cấu trúc lớp hoạt động là tiếp giáp p-n, loại mới hơn thì là cấu trúc PIN. Khi photon có năng lượng đủ lớn xâm nhập lớp hoạt động này sẽ bị hấp thụ, và theo hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử-lỗ trống. Nếu hấp thụ xảy ra trong vùng nghèo của tiếp giáp hoặc vùng khuếch tán, điện trường của vùng nghèo làm các hạt mang điện dịch chuyển, lỗ trống về anode còn điện tử về cathode, làm phát sinh dòng điện.

Thông thường thì diode có dòng điện dò, ở photodiode gọi là dòng tối, là dòng khi không có photon chiếu vào. Dòng điện qua photodiode là tổng của dòng quang điện và dòng dò. Để tăng độ nhạy cảm biến thì công nghệ chế tạo phải hạn chế được dòng dò.[2]

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế các linh kiện không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi. Các che chắn không phải là tuyệt hoàn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi vào vùng nhiễu cao, chẳng hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ trụ.