Принцип работы психофизической модели теории обнаружения сигнала заключается в описании сенсорного процесса как двухступенчатого: 14

1. Отображение физической энергии стимула в интенсивность ощущения. 14 Последовательность стимульных воздействий отображается в сенсорной системе в виде множества ощущений, и этот процесс имеет вероятностную природу: одно и то же стимульное воздействие вызывает каждый раз немного отличающуюся интенсивность ощущения данного сенсорного качества. 4
2. Принятие решения субъектом. 14 В силу высокой сенсорной неопределённости наблюдатель каждый раз с достаточной уверенностью не может определить, был или не был сигнал. 4 Но в соответствии с инструкцией вынужден принимать определённое решение, основываясь не только на сенсорной информации, но с учётом своих ожиданий, прошлого опыта или пытаясь угадать. 4

При этом показываемый испытуемым результат определяется двумя факторами: 3

1. Взаимоположением двух распределений — шумового (спонтанного возбуждения в сенсорной системе) и сигнального (возбуждения, вызванного раздражителем и наложенного на спонтанное возбуждение). 3
2. Местом локализации критерия принятия решения, выбранного испытуемым на оси сенсорных состояний. 3

Поскольку как сигнальное, так и шумовое распределения считаются непрерывными, а у испытуемого предполагается способность широко перемещать точку локализации критерия принятия решения вдоль оси сенсорных состояний, понятие сенсорного порога как нижней границы чувствительности является для рассматриваемой модели излишним. 3