Os sensores de feixe cantilever são baseados em uma estrutura semelhante a um-feixe com uma extremidade fixa e a outra livre. Quando uma força externa é aplicada à extremidade livre ou à viga, a viga cantilever irá dobrar e deformar. O sensor detecta esta pequena deformação ou a mudança resultante nas grandezas físicas relacionadas e a converte em um sinal elétrico mensurável, detectando assim a grandeza medida. Sua operação normalmente inclui quatro etapas básicas: aplicação da grandeza medida, deformação do feixe, conversão da grandeza física e conversão do sinal.
Dependendo do método de conversão de quantidade física, os princípios de detecção/detecção comumente usados incluem piezoresistivo, piezoelétrico, óptico, capacitivo e ressonante. Sensores piezoresistivos integram ou fixam extensômetros na raiz da viga cantilever; a resistência muda quando o feixe se curva, e essa mudança é convertida em uma saída de tensão por meio de um circuito de ponte de Wheatstone. Sensores piezoelétricos usam materiais piezoelétricos que geram carga ou tensão quando submetidos a força. Sensores ópticos usam deflexão de feixe, interferometria óptica ou redes de Bragg de fibra para detectar deformação. Sensores capacitivos detectam alterações na capacitância causadas por alterações no espaçamento entre as placas devido à deformação do feixe. Sensores ressonantes detectam a mudança na frequência ressonante do feixe cantilever.