Kad lāzera sensors darbojas, lāzera izstarojošā diode vispirms ir vērsta uz mērķi izstarot lāzera impulsus. Lāzera gaisma ir izkliedēta visos virzienos pēc tam, kad to atstaro mērķis. Daļa izkliedētās gaismas atgriežas sensora uztvērējā un tiek attēlota uz lavīnas fotodiodes pēc tam, kad to ir saņēmusi optiskā sistēma. Lavīnas fotodiode ir optisks sensors ar iekšēju pastiprināšanas funkciju, tāpēc tas var noteikt ārkārtīgi vājus gaismas signālus un pārvērst tos atbilstošos elektriskos signālos. Visizplatītākais ir lāzera diapazona sensors, kas var noteikt mērķa attālumu, ierakstot un apstrādājot pagājušo laiku no brīža, kad gaismas impulss tiek nosūtīts, līdz brīdim, kad tas tiek saņemts. Lāzera sensoram ļoti precīzi jāizmēra tranzīta laiks, jo gaismas ātrums ir pārāk ātrs.
Pārmērīgas prasības elektroniskajām tehnoloģijām ir pārāk dārgas, lai tās realizētu. Bet mūsdienu lāzera diapazona sensori gudri izvairās no šī šķēršļa, izmantojot vienkāršu statistisko principu, tas ir, vidējo likumu, lai sasniegtu 1 mm izšķirtspēju, un var nodrošināt reakcijas ātrumu.