Una cellula fotoelettrica si compone essenzialmente di una coppia di elettrodi posti all'interno di un bulbo di vetro in cui, alternativamente, è praticato il vuoto o è presente un gas molto rarefatto. La luce che incide sul catodo, ricoperto di un materiale fotosensibile, libera gli elettroni per effetto fotoelettrico; questi, attirati dall'anodo a causa del suo potenziale positivo, vanno a costituire un flusso di corrente elettrica di intensità proporzionale all'intensità della radiazione incidente.