Fribärande strålsensorer är baserade på en -balkliknande struktur med ena änden fixerad och den andra fri. När en yttre kraft appliceras på den fria änden eller balken kommer den fribärande balken att böjas och deformeras. Sensorn detekterar denna minimala deformation eller den resulterande förändringen i relaterade fysiska storheter och omvandlar den till en mätbar elektrisk signal och känner på så sätt den uppmätta kvantiteten. Dess funktion inkluderar vanligtvis fyra grundläggande steg: applicering av den uppmätta kvantiteten, stråldeformation, fysisk kvantitetsomvandling och signalomvandling.
Beroende på metoden för omvandling av fysisk kvantitet inkluderar vanliga avkännings-/detekteringsprinciper piezoresistiv, piezoelektrisk, optisk, kapacitiv och resonant. Piezoresistiva sensorer integrerar eller fäster töjningsmätare vid roten av den fribärande balken; motståndet ändras när strålen böjs, och denna förändring omvandlas till en spänningsutgång via en Wheatstone-bryggkrets. Piezoelektriska sensorer använder piezoelektriska material som genererar laddning eller spänning när de utsätts för kraft. Optiska sensorer använder strålavböjning, optisk interferometri eller fiber Bragg-gitter för att detektera deformation. Kapacitiva sensorer upptäcker förändringar i kapacitans orsakade av förändringar i avståndet mellan plattorna på grund av stråldeformation. Resonanssensorer detekterar förskjutningen i resonansfrekvensen för den fribärande strålen.