Il principio di funzionamento delle Dye-Sensitized Solar Cell è relativamente più complesso rispetto a quello di altre tecnologie, ma si basa sempre sulla produzione di energia elettrica fra due elettrodi indotta dalla luce. Semplificando notevolmente, le celle DSSC si basano sulla sensibilizzazione alla luce visibile del film mesoporoso di ossido metallico monocristallino tramite l' adsorbimento (è un particolare tipo di assorbimento) delle molecole del dye.
La fase di conversione dell'energia implica due passaggi, il primo comporta l'eccitazione del materiale assorbente e il secondo la separazione e migrazione delle cariche verso gli elettrodi.
Il colorante opera in due fasi, la prima tramite è legata alla sua eccitazione e nella seconda, invece, si ha la separazione delle coppie di elettrone e lacuna.
In pratica la luce eccita il colorante che trasferisce gli elettroni al semiconduttore in modo che possano andare verso un elettrodo, mentre le lacune sono riempite dalla specie ridotta dell'elettrolita, generando in questo modo un flusso di buche verso l'altro elettrodo.