激光傳感器工作時，先由激光發射二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。
常見的是激光測距傳感器，它通過記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。
例如，光速約為3*10^8m/s，要想使分辨率達到1mm，則傳輸時間測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時間：0.001m/(3*10^8m/s)=3ps
要分辨出3ps的時間，這是對電子技術提出的過高要求，實現起來造價太高。但是如今的激光測距傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統計學原理，即平均法則實現了1mm的分辨率，并且能保證響應速度。
