高速光耦的工作原理主要基於光電效應和半導體材料的特性。在輸入端，電信號驅動發光二極體（LED），使之發出一定波長的光。這個光信號通過光的發射部分被耦合到半導體材料中，如光電二極體，產生電子-空穴對。在輸出端，這些電子-空穴對在PN結附近強電場的作用下產生漏電流，從而轉化為電信號輸出。這個過程實現了電-光-電的轉換，起到了輸入、輸出、隔離的作用。由於輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性，因此高速光耦具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。
高速光耦通常由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。光的發射部分包括髮光二極體，而光的接收部分通常是指光敏器件，如光電二極體。信號放大部分則對光電流進行進一步放大後輸出，以補償任何使輸出電壓改變的傾向。
高速光耦在光通信和高速數據傳輸領域有廣泛的套用，因為它可以承載更多的信息，擁有更高的數據密度和更小的時間延遲。同時，它還具有良好的隔離性能，能夠有效地削弱環境干擾信號，使數據傳輸更加可靠。