根据数据在发射端被调制到激光上维度和方式的不同，光接收机有不同的结构，从经过传输后的激光中解调出原始数据。光接收机分为直接检测光接收机和相干检测光接收机，两者的主要区别是直接检测光接收机不需要本振激光器，而相干检测光接收机需要本振激光器。

现代数字光纤通信系统中，光接收机具有电模数转换器和配套的数字信号处理算法。使用数字信号处理方法补偿光纤信道中复杂的线性和非线性损伤，可以大幅降低恢复出数据的误码率，提高光接收机灵敏度，最终提高整个光纤传输系统的传输距离和容量。接收信号经过放大后进入光探测器进行光电转换，在相干光接收机中，光电转换前可能需要相位分集或偏振分集操作。经过光电转换后的电信号，被电模数转换器转换成数字序列，最后进入数字信号处理芯片中进行均衡、前向纠错解码等操作，最终恢复出原始数据。

衡量光接收机综合性能的指标主要是灵敏度，在固定误码率阈值处的接收光信噪比（或接收光功率）。灵敏度是光接收机接收微弱光信号的极限性能，计算整个系统的功率预算，对设计光纤传输链路至关重要。在实际情况中，光接收机灵敏度与很多因素有关，以强度调制直接检测系统为例，引起灵敏度降低的因素包括但不限于电器件有限带宽、数模或模数转换器的量化噪声、调制器非线性损伤、光纤色散和非线性效应以及色散与直接探测的相互作用等。部分损伤可通过后端数字信号处理技术有效降低，从而提高接收灵敏度。