Pemproses sensor beroperasi dengan menerima data mentah daripada penderia dan seterusnya memproses dan menganalisis data ini untuk mengekstrak maklumat yang berguna. Penderia sendiri biasanya digunakan untuk mengukur kuantiti fizikal-seperti suhu, tekanan, kelembapan dan pecutan-dan untuk menukar kuantiti fizikal ini kepada isyarat elektrik atau digital. Fungsi teras pemproses sensor adalah untuk menerima isyarat ini dan melaksanakan operasi yang diperlukan-termasuk penukaran, penapisan dan penguatan-untuk memastikan ketepatan dan kebolehpercayaan data.
Pemproses penderia menerima isyarat analog daripada penderia melalui antara muka input analog. Isyarat ini lazimnya ialah isyarat analog voltan rendah-yang mesti ditukar kepada isyarat digital menggunakan modul Analog-ke-Digital Converter (ADC). Setelah didigitalkan, isyarat menjadi sesuai untuk pemprosesan dan analisis komputer; pemproses sensor kemudian menyahkod dan menapis isyarat ini mengikut-algoritma yang telah ditetapkan, dengan itu mengeluarkan bunyi dan mengekstrak data yang sah. Sepanjang proses ini, pemproses mesti mengekalkan kedua-dua kelajuan dan ketepatan pemprosesan untuk menampung pelbagai senario aplikasi masa sebenar-sebenar.
Pemproses selanjutnya menganalisis data ini berdasarkan-logik atau algoritma prakonfigurasi dan mengeluarkan hasilnya kepada peranti atau sistem lain. Analisis sedemikian mungkin merangkumi pengagregatan data, ramalan arah aliran, penilaian status dan fungsi yang serupa. Untuk aplikasi lanjutan, pemproses sensor juga boleh menggabungkan algoritma pembelajaran mesin untuk melaksanakan analisis pintar, mengenal pasti anomali secara automatik atau meramalkan perubahan masa hadapan. Akhirnya, pemproses menghantar data yang diproses ini ke peranti terminal, skrin paparan atau sistem berasaskan awan-untuk memudahkan-pembuatan dan aplikasi selanjutnya.