光聲腔是光聲光譜檢測儀器中最為核心的部分。它是一個裝有傳聲器、放置被測樣品的密閉腔體。其實質就是"光-熱-聲"的轉換器。用一束強度可調製的單色光照射到密封於光聲池中的樣品上，樣品吸收光能，並以釋放熱能的方式退激，釋放的熱能使樣品和周圍介質按光的調製頻率產生周期性加熱,從而導致介質產生周期性壓力波動，通過放大得到光聲信號，這就是光聲效應。
若入射單色光波長可變，則可測到隨波長而變的光聲信號圖譜，這就是光聲光譜。若入射光是聚焦而成的細束光並按樣品的x-y軸掃描方式移動,則能記錄到光聲信號隨樣品位置的變化，這就是光聲成像技術。傳聲器應很靈敏，對於氣體樣品，電容型駐極體傳聲器比較適宜，它配以電子檢測系統可測10-6℃的溫升或10-9焦/(厘米3·秒)的熱量輸入。
