Il Photon Mapping funziona in modo simile al processo di Raytracing. Mentre il Raytracing funziona con raggi che partono dall'occhio, il Photon Mapping impiega i raggi che partono dalla sorgente luminosa. Il Photon Mapping funziona con particelle virtuali, cosiddetti "fotoni", dai quali la luce irradia nello spazio. Se incontrano una superfice vengono riflessi ed i valori luminosi vengono memorizzati. Una cartina a sé stante (Photon Map) memorizza le impostazioni dei fotoni. Non è quindi legata alle geometrie e può essere impiegata per le simulazioni con calcoli distribuiti sulla rete. La posizione del punto di vista può essere modificata senza eseguire nuovamente i calcoli - sebbene questa procedura non sia possibile interattivamente.
Quanti più fotoni presenta il modello, tanto più accurate saranno le transizioni nel Rendering e tanto maggiore sarà la quantità di calcoli da eseguire. Dopo una determinata quantità di riflessioni la cartina dei fotoni ha la precisione desiderata. In un ulteriore processo si possono fondere i punti con un'ulteriore procedura di calcolo detta Gathering.
Il Photon Mapping serve come base per successive procedure di calcolo. Per rappresentare al meglio i dettagli lo si impiega in combinazione con il Raytracing. Un metodo basato esclusivamente sul Raytracing può essere più dispendioso nei modelli con sorgenti luminose molto piccole e molto forti.