Los microsensores ópticos miden los cambios en las propiedades de la luz (luminiscencia, absorción, fluorescencia…) que se dan en la muestra debido a la interacción entre el elemento biológico de reconocimiento y el agente a analizar. Estos sistemas constan de una fuente de luz, el elemento sensor y el detector. Los transductores ópticos pueden ser de fibra óptica, de resonancia de plasmones y de onda evanescente dependiendo de sus propiedades ópticas.
Los elementos de reconocimiento que se utilizan con los transductores ópticos pueden ser biocatalíticos y de bioafinidad.