1888年，卓越的俄国科学家A．斯托烈多夫，做了一个有趣的实验：在一块锌板前面放一张金属网，锌板经过一个灵敏的电流计接到一组高压电池的阴极，而把金属网联到电池的阳极。当强烈的弧光通过金属网照射到锌板表面时，电流计的指针就立刻偏转。光源一拿掉，指针又回到零位。金属网和锌板之间的空气空隙，由于光的照射，显然就成了导电的通路。这种现象叫做“光电效应”。
接着，人们发现一些感光性比锌更强的金属，如钾、钠、铯等，但这些金属在空气里容易氧化，后来就将它们放在真空玻璃泡里，这就成为最简单的真空式光电管。
我们晓得：由于正离子对那些想脱离的自由电子有吸引力，在金属表面成为一层束缚电子的“壁垒”。电子必须先获得足够的动能，方能越过这层“壁垒”，跳出金属表面来。“光”是一种“能量”的来源，例如太阳的光就给地球带来热能。同样，当光线射到金属表面上时，好像一颗颗的“弹丸”不断地射到金属面上。这种“弹丸”，代表任何一种颜色的光线里所含能量中分到不能够再分的最小能量，一般称为“光子”。不同颜色的光线，有不同的光子，就像“弹丸”有不同的大小一样。金属表面的电子在“光子”的作用下，就有可能得到足够的能量，越过表面层的“壁垒”，跳到金属外面来。在光电管里，这种飞出的自由电子就被阳极吸引，运动起来成为电流。光的照射一停止，这种额外的能量供给来源断绝，光电流也就停止。
受光的作用而放射电子的金属面，在光电管里叫做阴极。照射阴极的光量愈强，射击金属的光子弹丸愈多，放射的电子也就愈多，光电流愈大，光线的强度和放射电子数在很大的范围内，成正比例关系。这就是有名的在物理学上占有很久的统治地位的斯托烈多夫定律。此外，光线的波长愈短，频率愈高，光子能量愈大，使电子飞出的速度也愈大；波长愈长，也就是光子能量愈小，使电子飞出的速度愈慢。这种频率与速度的关系，是由最近逝世的、我们当代的伟大科学家爱因斯坦确立的，他并且给这些关系归纳成了有名的爱因斯坦方程式。他对光电效应的研究不仅对光电技术而对于近代原子物理也是有很大的贡献的。射击金属的光子能是若是继续减小（也就是波长继续变长），小到一定的限度，再下去那“弹丸”就打不出电子来了。因为不同颜色的光线，波长是不同的，波长不够短，光线强度无论多大，都不能产生电子放射，这就表明光电效应有它的波长极限。人们研究了许多种不同金属的光电效应，发现了很有趣的现象：各种金属对于各种颜色的光居然也像人一样，各有喜好不同，也就是金属物质有“光电效应的选择性”。有的金属对紫色的光感应特别强，而有的金属对于绿色光感应特别强。而一般金属所选择的光波波长都比较短，短到人们的眼睛所能看见的范围以外，只有一类碱土金属所选择的最短光波，是人们可以看得见的光波。阳光和一般灯光，也就是全色的光，对极纯净的金属作用是不大强的，所以光电管里的阴极，实际上是多种金属的混合物。
最普通的“真空式光电管”，和一般的电子管差不多，有球形的、圆筒形的或扁平形的。阴极有的是涂敷在玻璃内壁的一层感光金属，阳极是装在管中心的一个小金属环。涂在管壁上的金属感光层留有一个透光窗，使光线通过。
光电管阳极和阴极的引线，有的都在管下，有的一个在上，一个在下（例如苏联的ЦГ－4）。还有一种光电管，阴极是一块半圆形屏风似的金属，环绕在中心的梗状阳极周围。
阴极是光电管的主要部分，它受光的作用而发射电子，实际上是经过复杂处理程序所做成的感光灵敏的金属层。例如常用的“银氧铯”阴极，就是以银做底子，表层被氧化后再敷上一层铯的氧化物，经过加热处理，便在表面形成了一个原子厚的铯层，这就是起光电作用的“感光层”。也有用其它碱土金属做成的阴极。如著名的苏联CЦB“锑铯”真空式光电管，就是用锑做底子，再用复杂的方法覆上一薄层感光灵敏的铯所做成的阴极。
这样做成的阴极，一般很灵敏，用普通电灯光，就可以产生光电放射，甚至有些还可以采用波长很长的不可见的红外线或热射线做光源，这在实用上是非常有价值的。
光电效应的发生，只要十亿分之一秒！这是光电管最优良的性能之一。利用这种性能可以控制迅速动作的机械（如光电脑电器），测量很精微的变化，或传递变化极快的光电信号（如有声电影，传真电报等）。
阳极是用来收集光电子的。电压愈高，光电流也愈大，但电压加到一定数值时，电流不再随着增加，这叫做“饱和”。真空式光电管的阳极，一般接上几十到几百伏的电压，恰好在饱和电流开始的电压，工作是非常稳定的。
光的强度一般用“流明”表示，光电管对各种颜色光线的灵敏度，一般就看该色光线每“流明”在各种不同阳极电压下，能够产生多少微安的光电流。
不论光电管的阴极如何灵敏，一般若不经过放大，仍是不能拿来实际运用的。光电管发生的光电流，一般要经过一级以上的电子管放大，再输出到继电器或其它仪器上去控制机械或做其它测量通信工作。
为了增大光电流，人们还发明了一种充气式光电管。
充气式光电管内除装有阴极和阳极外，还有当抽到一定真空后再充进去的极稀薄的不活泼气体，如氩、氦、氖等。阴极感光发射出来的电子，在飞向阳极的途中遇着气体分子，发生电离作用，就像普通充气整流管一样，到达阳极的电子数目，比阴极放出的电子数目增加好多倍，使光电流也增加了好多倍，这样便提高了光电管的灵敏度。充气光电管和其它充气电子管一样，阳极电压不能过高，否则会“起辉放电”，失去光电作用，而感光阴极也有可能被气体的阳离子撞坏。使用时应当注意。此外，充气光电管的光电流和所受光的强度没有很规则的正比例关系，电流达到最大和完全停止也需要一定的时间，跟不上极快的光变化，但在一般工业用途上却是极有用的。
为了增加光电效应的灵敏度，苏联物理学家古别茨基发明了一种叫做“电子倍增器”的灵敏度很高的光电管。这是一根长的玻璃真空管，外面装有磁极，在一端装有一个普通的感光阴极，另外在玻璃的内表面有好多段涂有容易放射电子的物质的金属环，叫做发射阳极，一段挨着一段，像斜放着排列在管中，最后一段是阳极。每段发射阳极分别接到不同的正电压。这样，在光线照射时，感光阴极前先放出电子，由于发射阳极间的电场和外面的磁场作用，电子走弧线以高速度达到第一发射阳极；因二次放射作用而撞出较多的额外的电子，这些二次电子又向下一段阳极飞去，也同样撞出更多的二次电子，一次又一次挨下去，电子数目愈来愈多，最后可能增加到近二千倍以上。一只灵敏的电子倍增器在阳极电压为1000伏时，可得到每流明22安的光电流，放大系数可达1,000,000倍。
电子倍增器还有好些不同的形式，但基本上都是根据多次二次电子放射的原理。
光的电效应，还有其它方面的表现。
一般金属导体的容易导电主要是由于它里面电荷的负载者——自由电子很多，而一些半导体则这种自由电子很少，在电的性质上就表现为导电性不高或是说比电阻很大。但是在热和光的作用下电子获得额外的能量就会脱离束缚而变成自由电子，也就是电荷的负载者数目增加，在电的性质上就表现为导电性的增高和电阻的降低，若是光的照射一去掉，又回复原来的高电阻性能。半导体这种因光的照射而减低电阻增高导电性的现象，与前面讲的光电效应对比，这种现象是金属内部电性能的变化，可以称为内部光电效应。这种半导体也就叫做“光电阻”。
利用这种性能可将光电阻当做一个用光开动的“自动开关”去控制继电器，来操纵自动工作的机械。
光电阻也成为光电管的一种。实用的光电阻构造很简单，外形像一块发射机里作发振用的插入式晶体，主要是一块半导体，一般是硫化金属，如硫化二钛、三硫化二铋、硫化镉、硫化铅等。半导体块的两端加上接线的电极和插脚，在前面加一片保护的玻璃，外面再包上一层胶木壳，壳上约留一个一平方公分大的透光窗。
光电阻对于一般较长的波如红外线、热线等都很灵敏。光电阻的暗电阻一般很高，约在10000欧到100兆欧。例如著名的苏联硫化镉光电阻灵敏度达到每伏每流明3000微安，在最大工作电压为4000伏时，照射光源每流明可产生1.2安的光电流。这比前面所谈的锑铯真空光电管还要灵敏12000倍。
光电管里用的感光材料很多是半导体，除开光电阻以外还有一种利用半导体的内部光电效应和单方向导电性变光能为电能的光电仪器，叫做活门式光电管或阻挡层光电管（也称为光电伏打电池）。
活门式光电管的构造也很简单，在一块厚约一公厘的铜板基座上涂有一层约1／10公厘厚的氧化铜，这是一种光敏感性的半导体；氧化铜层上再涂一层透明的铜膜，在铜膜下面与氧化铜层接触的地方，就形成一种阻挡层。光照射这种半导体，放出的电子或“空穴”穿过阻挡层达到铜膜，于是使铜膜带电，阻挡层上产生电位。若是把基座和铜膜各当做一个电极用导线连接成为闭路，于是便有电流出现。在光电管外部讲电流方向是由基座流向铜膜，半导体的阴挡层好像一扇只能向一边开的活门，可以称为“活门式”。利用这种光电现象，不仅在有外加电压时可使通过电流增加而控制继电器或其他仪器；并且不用外加电压也可利用它自己产生的单向光电流，拿来动作一些仪器作光电测试用，例如常用的摄影曝光表就是用一个活门光电管再加上一个灵敏的微安表做成的。
活门式光电管的灵敏度也是相当高的，有一种优良的苏联硫化钛活门式光电管，灵敏度可达每流明六毫安，这样大的电流对比较灵敏的继电器使它动作是毫无疑问的！
光电效应的现象还有许多有趣的应用。有一种仪器称为光电转换器，能把光的形像变成相应的电子流强弱的变化然后又回复成可见的光形像，这种仪器的构造也很简单，主要是在一块半透明的感光阴极后面再置一块作电子荧光屏用的阳极，两极之间加以相当高的电压。在光照射到感光极上时，阴极上的各部分会因光的强弱而撞出数目不同的光电子，这些光电子因阳极的吸引，而以高速飞向阳极与阳极的荧光物撞击，发出光暗强弱相应的荧光来，形成光的影像。光电转换器的感光阴极若选择对红外线或热线灵敏的感光物质时，于是便能使人眼不可见的光影变成可见的光影，例如各种夜视镜，“雾眼”就是利用这种原理做成的，这在人类的和平生活里是有极重要意义的。
除以上所讲的光电管以外，科学家们利用了光电现象再加上阴极射线管，做成了各种各样的电视摄影管，给电视带来了更宽广的发展前途。
各式各样的光电管，是今天电子学的成就之一，它广泛地应用在国民经济的各种部门和日常生活里，而讲述与研究这些光电机件的技术也就成了一个新的技术枝脉了，它也和其他科学技术一样将随着保证最大限度地满足整个社会经常增长的物质和文化的需要，而不断完善和充实。（施镭）