Le photon-mapping fonctionne comme le raytracing. Si ce dernier considère les faisceaux depuis le centre optique, le photon-mapping s'appuie sur les faisceaux émis par la source lumineuse et constitués de particules virtuelles, ou photons, à l'origine de l'émission de lumière dans la pièce. Lorsqu'ils rencontrent une surface, les photons sont réfléchis et les indices de lumination sont enregistrés au point d'impact. Les caractéristiques des photons sont mémorisées sur une seule carte, ou ' photon map », qui est donc indépendante de la géométrie et peut être utilisée en réseau pour des simulations utilisant des calculs dispersés. La position de l'objectif peut ainsi être modifiée sans qu'un nouveau calcul soit nécessaire, ce processus ne pouvant néanmoins s'effectuer de manière interactive.
Plus le modèle compte de photons, plus les transitions du rendu peuvent être précises, ce qui accroît d'autant la complexité des calculs. Plus le nombre de réflexion est important, plus la qualité et la précision de la carte des photons deviennent pertinentes.Les points ainsi obtenus peuvent ensuite être fondus par le biais d'un lissage, ou gathering.
Le photon-mapping sert aujourd'hui de base à des procédés de calcul approfondis. Pour mieux représenter les détails, cette méthode est utilisée en combinaison avec le raytracing. Le recours exclusif au raytracing peut s'avérer plus contraignant avec les maquettes où les sources lumineuses sont particulièrement petites ou brillantes.