光电倍增管可分成4个主要部分，分别是:光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统、阳极。

电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子。如此电子数不断倍增，阳极最后收集到的电子可增加 10^4~10^8倍，这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。光电倍增管高灵敏度和低噪声的特点使它在光测量方面获得广泛应用。

光电倍增管根据不同的应用有不同的尺寸大小，目前世界上最大的光电倍增管是20英寸，由日本滨松光子学株式会社(hamamatsu)研制生产，最初用于小柴昌俊的超级神冈探测器中，装入了11200个，并最终探测到了宇宙中微子，小柴昌俊因此获得了2002年诺贝尔物理学奖，而20寸光电倍增管也因此在2014年获得"IEEE里程碑" 。