光電子器件主要有作為信息載體的光源、輻射探測器、控制與處理用元件器件、光學纖維、顯示顯像器件。
作為信息載體的光源熱輻射的過程是很難進行快速控制的，但可以對它發出的光束加以調制、濾波或其他處理，使光束在傳播途中帶上信息。熱輻射以外的發光光源自然也可以在傳播過程中帶上信息，但更主要的是在發射過程中就帶上信息。通常，采用低壓即可驅動的半導體PN結發光二極管，尤其是高亮度半導體發光二極管和半導體激光器。它們具有反應快、易調制、體積小和光強大等優點。激光具有良好的單色性、相幹性、方向性和高光強，這些性能有利於光通信和其他應用。 即光-電和光-光轉換器，分為利用光電效應的和熱效應的兩類。
①光電效應：分為外光電效應和內光電效應。外光電效應就是光電子發射效應，利用這種效應的器件都是真空電子器件。例如，光電倍增管，其光電陰極能將光信號轉換成壹維（時間）電子信號,經多次次級發射,電子倍增電極把信號增強後從陽極輸出。這種器件的靈敏度高，甚至可用它組成光子計數器，用以探測單個光子。已研制成二維（空間）光子計數器，用以檢測極微弱的光信息。又如像增強管，將 X射線或紫外線轉換成光電陰極敏感的光，或采用對紅外線靈敏的光電陰極，它使成像光電陰極上的光圖像發射出相應的光電子，這些光電子經加速並成像後轟擊熒光屏，輸出可見光，發出更亮的光圖像。它是壹種光－光轉換器件。這就是 X射線或紫外線像增強管和紅外變像管的工作原理。這種器件能起擴展人眼對電磁波波段敏感範圍的作用。利用內光電效應的器件，都是半導體器件。其主要原理是光電導和光生電動勢兩種效應。光電導型探測器由單壹半導體制成，或制成二極管，稱為半導體光電二極管。受光照時，其電阻發生變化。其中光電二極管通常在反向偏壓條件下工作。如果反向偏壓足夠高，載流子通過PN結的電流直接反映出單位時間內探測器所接收的光能。光電二極管也可在不加偏壓的條件下工作。這時，輻射的照射將使PN結的兩端產生電動勢，其短路電流正比於所接受的輻射功率。紅外熱成像系統的探測器通常是光電導型。常用的有碲鎘汞、碲錫鉛、鍺摻汞探測器等。它們都必須在低溫下工作，以降低探測器的熱噪聲。
②熱效應：利用熱效應的探測器通稱為熱敏型探測器，主要是利用物體因受輻射照射後溫度升高所引起的電阻的改變、溫差電動勢的產生、自發極化的改變等效應來測量輻射功率。這類探測器都用在紅外波段，優點是響應率與波長無關,在室溫下也能探測長波輻射等,但響應時間比光電型探測器長得多。 光的主要特征有強度、光譜、偏振、發光時間和相幹性等。光束在傳播中，則有方向性、發散或會聚等特征。控制元件的功能在於改變光的這些特征。為了使光束偏轉、聚焦和準直等，常使用反射鏡、透鏡、棱鏡和光束分離器等。反射鏡常使用金屬膜或介質膜，後者的反射系數高並具有選擇性。利用全反射可制成反射鏡，用於倒像、轉像、分束和全反射等。為改變光束的其他特征，常用的元件有濾光片、棱鏡、光柵、偏振片、斬光器、受電場控制的電光晶體和液晶等。
電光開關不僅可以改變光強和偏振，還可控制光通過的持續時間，是廣泛應用的壹種器件。其結構是在相互正交的兩塊偏振片之間放進壹塊雙折射晶體，在晶體上加壹電場，則通過晶體的光偏振方向將發生旋轉，轉角的大小決定於電場的強度。因此，調節電場的強度就可以改變透射光的強度；改變電場的作用時間則可調制光的持續時間。
利用聲波對光的衍射效應，可控制光束的頻率、光強和傳播方向。在接近布喇格衍射的條件下，聲光的相互作用使光束偏轉。聲頻改變時，偏轉角也相應地按比例變化。在衍射效應較小時，衍射光的強度與聲波的強度成正比。利用信息調制聲波的強度，就可以通過這種比例關系調制衍射光的強度。這種控制方法已在光的傳播、顯示和信息處理方面得到廣泛應用。
在光數字處理系統中，關鍵是研制光學晶體管或光學雙穩態器件。已研制出的光學雙穩態器件，大體上可分為兩類：本征型或稱全光學型和光電混合型。壹般地說，這種器件由非線性介質、反饋系統和光源三部分組成。可以把出射光強的高態和低態，相應地視為“開”和“關”狀態。光晶體管可進行光放大、調制、限幅和整形，並可構成光邏輯門。
光存儲器包括光盤和全息超微存儲底片等，可用於光錄像電視和大容量信息存儲，也可用於圖書資料存儲。 用於產生光模擬信號、數字符號和光圖像，分為真空器件和非真空器件兩大類。前者包括電子束管、低壓熒光管和白熾燈泡等；後者包括發光二極管、場致發光屏、等離子體和液晶顯示器件等。除液晶顯示需要環境照明屬於被動顯示外，其他都可以發光，屬於主動顯示。顯示方式有兩種：①用線段組合成需要顯示的數字、符號或圖案。例如，用七畫拼成各個數字和符號。計算器、數字表等所用的發光二極管或液晶顯示器大都采用這種方式。②在多元列陣中選擇壹部分位置合適的單元組成所需的字符或圖案，單元可采用白熾燈、發光二極管、場致發光屏和液晶等。這是壹種沒有灰度級的矩陣交叉屏。
在顯像技術中，廣泛應用黑白和彩色電視顯像管。顯像管利用掃描電子束轟擊熒光屏產生黑白或彩色畫面。前面提到的光-光轉換器件如像增強器和變像管,也是顯像器件。此外，也可采用有亮度等級的多元列陣，如在固體平板顯示或顯像屏中，利用兩組相互正交的電極。當其中正交的兩個電極的交叉點上加有足夠高的電位差時，就形成發光點。它是壹個像元，很多明暗不同的像元組成壹張圖片。利用這種結構已制成場致發光屏、液晶屏和等離子體顯示屏等。