所有類型的光傳感器都可以用來檢測突發的光照，或者探測同一電路系統內部的發光。光電二極管常常和發光器件（通常是發光二極管）被合并在一起組成一個模塊，這個模塊常被稱為光電耦合元件。如果這樣就能通過分析接收到光照的情況來分析外部機械元件的運動情況（例如光斬波器）。光電二極管另外一個作用就是在模擬電路以及數字電路之間充當中介，這樣兩段電路就可以通過光信號耦合起來，這可以提高電路的安全性。
在科學研究和工業中，光電二極管常常被用來精確測量光強，因為它比其他光導材料具有更良好的線性。
在醫療應用設備中，光電二極管也有著廣泛的應用，例如X射線計算機斷層成像（computed tomography, CT）以及脈搏探測器。
PIN結型光電二極管一般不用來測量很低的光強。然而，如果光強足夠大，雪崩光電二極管、感光耦合元件或者光電倍增管就能發揮作用，例如天文學、光譜學、夜視設備、激光測距儀等應用產品。