Während klassische Sensoren physikalische Größen oder chemische Reaktionen in elektrische Signale umwandeln, geht es bei Biosensoren um die Umwandlung von biologischen Größen in elektrische Signale.
Ein Biosensor besteht aus dem Biorezeptor, dem Transduktor, einem nachgeschalteten Vorverstärker und dem Detektor. Der Biorezeptor ist das Sensorelement, das auf die unterschiedlichsten biologischen Systeme reagiert. So auf Oxidantien, Glucose, Cholesterin, Fettsäuren, Enzyme und Aminosäuren, die im Biosrezeptor chemische Reaktionen, sogenannte Redoxreaktionen, hervorrufen. Die Reaktionen, die sich in der Änderung der physikochemischen Eigenschaften zeigen, werden im Transduktor in eine elektrische Spannung umgewandelt und einem nachgeschalteten Vorverstärker verstärkt und im Detektor zu einem Messwert verarbeitet.
Biosensoren können auf piezoelektrischer Basis arbeiten, auf optischer oder auf elektrochemischer. Piezoelektrische Sensoren sind Schwingungssensoren, die für die Messung von Enzymen und Antikörpern eingesetzt werden. Die benutzen Quarze werden mit Enzymen beschichtet wodurch sich die Quarzmasse und deren Schwingungsfrequenz verändert. Bei den optischen Sensoren wird mit Fluoreszenz gearbeitet. Biosensoren werden für die Messung der Sauerstoffkonzentration in Flüssigkeiten benutzt. Die Sauerstoffkonzentration zeigt sich in der Lichtabsorption und der Änderung der Fluoreszenz. Und bei elektrochemischen Biosensoren geht es um den Stoffwechsel. Diese Messungen sind von Reaktionen begleitet, bei denen freigesetzte Ionen gemessen werden.