Устройство вакуумного фотоэлемента показано на рисунке В стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух, помещены два электрода: катод К и анод А.
Катод в виде тонкого светочувствительного слоя нанесен на  внутреннюю поверхность баллона. Анод изготовлен в виде кольца, расположенного в центре баллона. Выводы от катода  и анода сделаны через ножку на нижний цоколь.
На рисунке показана простейшая схема включения фотоэлемента.

При освещении фотоэлемента в анодной цепи возникает ток, создающий на сопротивлении RH падение напряжения. При изменении светового потока изменяется величина тока и, следовательно, выходное напряжение Uвых.