기본적으로 빛을 받아 광전자(光電子)를 방출하는 음극과 광전자를 모아 광전류로 만드는 양극을 가진 진공관이다. 외부의 빛을 신호로 사용하여 화재탐지기, 자동문, 도난경보기, 제품의 빛깔 검사, 화학변화에 의한 변색의 측정 등에 사용한다. 광전면에는 알칼리금속을 사용한 순금속 광전면, 산화세슘과 은 또는 이것에 비스무트를 첨가한 복합 광전면, 세슘과 안티모니의 합금 또는 2가지 이상의 알칼리금속과 안티모니의 합금을 사용한 합금 광전면이 있다. 밖으로부터 들어온 빛은 광전면에 닿아 광전자를 방출하고, 이 광전자는 양극과 음극에 걸린 전압에 의해 가속되어 양극으로 도달해 전류를 일으킨다. 광전관에는 관 속을 진공으로 한 진공 광전관과 아르곤 등의 비활성기체를 약간 넣어 밀봉한 가스들이 광전관이 있다. 진공 광전관은 출력전류가 입사하는 빛의 양에 정비례하며, 주파수 특성이 좋으므로 측정장치에 주로 사용한다. 가스들이 광전관은 광전면에서 나온 전자가 관 속의 가스분자와 충돌하여 전리(電離)되면서 양극에 이르게 되므로 진공 광전관보다 10~100배의 높은 감도를 얻을 수 있다. 그러나 양극전압이 너무 높아지면 전류가 급증하여 방전이 일어나게 되어 사용할 때 주의해야 한다. 근래에는 광전면과 양극 사이에 2차 전자전극을 넣어 광전류를 증폭하는 광전자증배관(光電子增倍管)을 많이 사용한다.