Sensor sinar kantilever didasarkan pada struktur-seperti sinar dengan salah satu ujungnya terpasang dan ujung lainnya bebas. Ketika gaya luar diterapkan pada ujung bebas atau balok, balok kantilever akan bengkok dan berubah bentuk. Sensor mendeteksi deformasi kecil ini atau perubahan besaran fisik terkait dan mengubahnya menjadi sinyal listrik yang dapat diukur, sehingga merasakan kuantitas yang diukur. Pengoperasiannya biasanya mencakup empat langkah dasar: penerapan kuantitas terukur, deformasi berkas, konversi kuantitas fisik, dan konversi sinyal.
Bergantung pada metode konversi kuantitas fisik, prinsip penginderaan/deteksi yang umum digunakan meliputi piezoresistif, piezoelektrik, optik, kapasitif, dan resonansi. Sensor piezoresistif mengintegrasikan atau memasang pengukur regangan pada akar balok kantilever; resistansi berubah ketika balok dibengkokkan, dan perubahan ini diubah menjadi tegangan keluaran melalui rangkaian jembatan Wheatstone. Sensor piezoelektrik menggunakan bahan piezoelektrik yang menghasilkan muatan atau tegangan ketika diberi gaya. Sensor optik menggunakan defleksi sinar, interferometri optik, atau kisi serat Bragg untuk mendeteksi deformasi. Sensor kapasitif mendeteksi perubahan kapasitansi yang disebabkan oleh perubahan jarak antar pelat akibat deformasi sinar. Sensor resonansi mendeteksi pergeseran frekuensi resonansi pancaran kantilever.