光電式編碼器從結構上可分為碼盤式和脈沖盤式兩種。
碼盤式編碼器由光源、與旋轉軸相連的碼盤、窄縫、光敏元件等組成。當來自光源(多采用發光二極管)的光束經聚光透鏡投射到碼盤上時，轉動碼盤，光束經過碼盤進行角度編碼，再經窄縫射入光敏元件(多為矽光電池或光敏晶體管)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透過的光信號。光碼盤轉至不同的位置時，光敏元件組輸出的信號反映了碼盤的角位移大小。
脈沖盤式編碼器是在圓盤上開有兩圈相等角矩的縫隙，外圈A為增量碼道、內圈B為辨向碼道，內、外圈的相鄰兩縫隙之間的距離錯開半條縫寬，另外，在內外圈之外的某壹徑向位置，也開有壹縫隙，表示碼盤的零位，碼盤每轉壹圈，零位對應的光敏元件就產生壹個脈沖，稱為“零位脈沖”。在開縫圓盤的兩邊分別安裝光源及光敏元件，光欄板上有兩個狹縫，
其距離是碼盤上兩個相鄰狹縫距離的四分之壹倍，並設置了兩組對應的光敏元件(稱為cos、sin元件)，對應兩個信號(四分之壹間距差保證了兩路信號的相位差為 ，便於辨向)。
當碼盤隨被測工作軸轉動時，每轉過壹個縫隙就發生壹次光線明暗的變化，通過光敏元件產生壹次電信號的變化，所以每圈碼道上的縫隙數將等於其光敏元件每壹轉輸出的脈沖數。利用計數器記錄脈沖數，就能反映碼盤轉過的角度。