Istället för att exponera en ljuskänslig kemikalie som kallas film för en scen för att skapa en präglad bild, använder de flesta digitalkameror en laddningskopplad enhet (CCD), ett elektronikinstrument som skapar en pixelkarta baserad på den elektriska laddningen som genereras när fotoner slår in i en känsligt material. Detta fenomen kallas den fotoelektriska effekten och belystes av Albert Einstein i en berömd artikel från 1905. Mer sällan används än en CCD är en komplementär-metall-oxid-halvledare (CMOS).
Termen CCD-baserad kamera används ibland omväxlande med digitalkamera, eftersom den CCD-baserade kameran till sin natur tar bilder – foton med en viss pixel-för-pixel-upplösning som kan kodas digitalt. Dessa filer kan enkelt överföras från en kamera till många enheter, inklusive datorer, skärmar, telefoner och skrivare.
En laddningskopplad enhet är en integrerad krets, vilket innebär att den använder flera halvledarelement på en enhetlig plattform för att uppnå sina mål. De aktiva komponenterna i en CCD-baserad kamera är kondensatorerna. Dessa är länkade i en krets, vilket är anledningen till att de kallas laddningskopplade. En kondensator är en grundläggande elektronikenhet som lagrar en potentialskillnad, eller spänning, i variansen mellan två plattor med lika men motsatta elektriska laddningar.
En lins projicerar bilden på CCD:erna och varje kondensator får en laddning som är proportionell mot ljusstyrkan hos inkommande ljus. CCD:er är inte i sig färgkänsliga, och för att ta färgfoton måste en Bayer-mask användas för att selektivt filtrera ljus till angivna pixlar baserat på färg. Efter att ha tagit emot laddningen börjar kondensatorerna överföra sin laddning till intilliggande kondensatorer på ett laddningskopplat, seriekopplat sätt. Ett register i slutet av arrayen gör lämpliga mätningar och en 2D-pixelkarta skapas.
Eftersom deras känslighet för ljus är ungefär 35 gånger större än en konventionell kamera, närmar sig kvantgränsen, är digitalkameror ofta gynnade av både evenemangsfotografer och astrofotografer. På grund av bristen på aktiva kemiska komponenter behöver bilderna inte ”framkallas” utan lagras direkt i kameran kort efter exponeringen.