Detektor optyczny składa się przeźroczystego ośrodka i elementu światłoczujnego. W ośrodku, przechodząca cząsteczka powoduje scyntylację, emisję promieniowania Czerenkowa lub promieniowania przejścia. Detektor neutrin Super-Kamionkande wykorzystuje zbiornik z 50 000 ton wody jako środek promieniowania Czerenkowa. Detektor promieniowania kosmicznego Amanda jako scyntylator wykorzystuje lód na Antarktydzie. Elementem światłoczułym jest zwykle fotopowielacz lub fotodioda. Fotopowielacz to zespół specjalnie ukształtowanych elektrod umieszczonych w bańce próżniowej.Padający foton wybija z pierwszej elektrody elektron, który po przyspieszeniu w polu elektrycznym wybija kilka elektronów z drugiej elektrody.Każdy z wybitych elektronów jest znowu przyśpieszany i wybija kilka nowych elektronów z następnej elektrody. Proces "powielania elektronów"jest kontynuowany aż do uzyskania mierzalnego prądu na ostatniej elektrodzie. Fotodioda to urządzenie półprzewodnikowe. Padający foton wytwarza nośniki (elektrony i dziury) umożliwiające przepływ prądu w kierunku zaporowym.
