Lorsque le capteur laser fonctionne, la diode électroluminescente laser est d'abord dirigée vers la cible pour émettre des impulsions laser. La lumière laser est diffusée dans toutes les directions après avoir été réfléchie par la cible. Une partie de la lumière diffusée revient au récepteur du capteur et est imagée sur la photodiode à avalanche après avoir été reçue par le système optique. La photodiode à avalanche est un capteur optique avec une fonction d'amplification interne, de sorte qu'il peut détecter des signaux lumineux extrêmement faibles et les convertir en signaux électriques correspondants. Le plus courant est le capteur de télémétrie laser, qui peut déterminer la distance cible en enregistrant et en traitant le temps écoulé entre l'envoi d'une impulsion lumineuse et sa réception. Le capteur laser doit mesurer le temps de transit avec une extrême précision car la vitesse de la lumière est trop rapide.

Les exigences excessives en matière de technologie électronique sont trop coûteuses à réaliser. Mais les capteurs de télémétrie laser d'aujourd'hui évitent intelligemment cet obstacle, en utilisant un principe statistique simple, c'est-à-dire la loi de moyenne pour atteindre une résolution de 1 mm, et peuvent assurer la vitesse de réponse.