光電編碼器在結構上可分為碼盤和脈沖盤。
碼盤編碼器由光源、與轉軸相連的碼盤、狹縫、光敏元件等組成。當來自光源(多為發光二極管)的光束通過聚光鏡投射到碼盤上時，碼盤旋轉，光束通過碼盤進行角度編碼，然後通過狹縫射入光敏元件(多為矽光電池或光電晶體管)組。光敏元件的排列與碼道壹壹對應，即保證每個碼道有壹個光敏元件負責接收傳輸的光信號。當光學碼盤旋轉到不同位置時，光敏元件組輸出的信號反映碼盤的角位移。
脈沖圓盤編碼器在圓盤上有兩個角動量相等的槽。外環A是增量碼道，內環B是測向碼道。內環和外環的相鄰槽之間的距離錯開半個槽寬。此外，在內圈和外圈外側的徑向位置還開有壹個槽來指示碼盤的零位。碼盤每旋轉壹周，零位對應的光敏元件就產生壹個脈沖，稱為“零脈沖”。光源和光敏元件分別安裝在開槽盤的兩側，擋光板上有兩個狹縫。
它的距離是碼盤上相鄰兩個狹縫之間距離的四分之壹，設置兩組對應的光敏元件(稱為cos和sin元件)對應兩個信號(四分之壹節距差保證兩個信號的相位差為0，便於方向識別)。
碼盤隨被測工作軸轉動時，每轉壹個間隙，光強就發生變化，光傳感器產生電信號變化，所以每個碼道的間隙數會等於其光傳感器每轉輸出的脈沖數。用計數器記錄脈沖數可以反映碼盤的旋轉角度。