根據生物傳感器中的分子識別元件和換能器（信號轉換器）的不同，可以從這兩個方面對生物傳感器分類：
按分子識別元件分：
酶傳感器、微生物傳感器、細胞器傳感器、組織傳感器、免疫傳感器。
酶傳感器
是由酶催化劑和電化學器件構成的。由于酶是蛋白質組成的生物催化劑，能催化許多生物化學反應，生物細胞的復雜代謝就是由于成千上萬的酶控制的。酶的催化效率極高，而且具有高度專一性，即能對待測生物量（底物）進行選擇性催化，并且有化學放大作用。因此利用酶的特性可以制造出高靈敏度、選擇性好的傳感器。
微生物傳感器
用微生物作為分子識別元件。與酶相比，微生物更經濟、耐久性也好。
免疫傳感器的基本原理是免疫反應。 利用抗體能識別抗原結合的功能的生物傳感器稱為免疫傳感器。
生物組織傳感器
是以活的動植物組織細胞切片作為識別元件，并與相應的變換元件構成的傳感器。
生物組織傳感器具有如下一些特點：
1) 生物組織含有豐富的酶類，這些酶在適宜的自然環境中，可以得到相當穩定的酶活性，許多組織傳感器工作壽命比相應的酶傳感器壽命長很多；
2) 在所需要的酶難以提純時，直接利用生物組織可以得到足夠高的酶活性；
3) 組織識別元件制作簡便，一般不需要采用固定化技術。
細胞器電極傳感器
是利用動植物細胞器作為敏感元件的傳感器。細胞器是指存在于細胞內的被膜包圍起來的微小“器官”,如線粒體、微粒體、溶酶體、過氧化氫體、葉綠體、氫化酶顆粒、磁粒體等等。
按轉換器件分類：
生物電極、壓電晶體生物傳感器、半導體生物傳感器、光生物傳感器、熱生物傳感器、介體生物傳感器。
半導體生物傳感器
是由生物分子識別器件（生物敏感膜）與半導體器件結合構成的傳感器。目前常用的半導體傳感器是半導體光電二極管、場效應管（FET）等。
半導體生物傳感器的特點有：
1) 構造簡單，便于批量生產，成本低；
2) 它屬于固態傳感器，機械性能好，抗震性能好，壽命長；
3) 輸出阻抗低，便于與后續電路匹配；
4) 可在同一芯片上集成多種傳感器，可實現多功能、多參數與計算機的基礎。
壓電晶體生物傳感器
利用壓電石英晶體對表面電極區附著質量的敏感性，并結合生物功能分子(如抗原和抗體)之間的選擇特異性，使壓電晶體表面產生微小的壓力變化，引起其振動頻率改變可制成壓電生物傳感器 。它主要由壓電晶體、振蕩電路、差頻電路、頻率計數器及計算機等部分組成。
