Μια φορτισμένη συζευγμένη συσκευή (CCD) επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικά φορτισμένων αναλογικών σημάτων μέσω διαφορετικών πυκνωτών που έχουν ρυθμιστεί σε σειρά. Αυτή η συσκευή ελέγχεται από ένα σήμα ρολογιού που ταλαντώνεται μεταξύ υψηλών και χαμηλών καταστάσεων. Ολόκληρο το σύστημα λειτουργεί ως καταχωρητής μετατόπισης που έχει τις εισόδους και τις εξόδους του συνδεδεμένες σε σειρά, γεγονός που επιτρέπει σε μια φορτισμένη συζευγμένη συσκευή να χρησιμοποιείται ως τρόπος καθυστέρησης των αναλογικών σημάτων. Η πιο κοινή χρήση αυτών των συσκευών είναι για φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες φωτός που συνδέονται με παράλληλα αναλογικά σήματα. Αυτή η τεχνολογία είναι η βάση του τρόπου λειτουργίας των ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών, συσκευών εγγραφής βίντεο και τηλεφώνων εικόνων.
Το 1961, ο Eugene F. Lally, ερευνητής στο Jet Propulsion Laboratory στην Πασαντένα της Καλιφόρνια, έγραψε μια εργασία με τίτλο Mosaic Guidance for Interplanetary Travel. Διερεύνησε την ιδέα της χρήσης μιας σειράς οπτικών ανιχνευτών που εφάρμοζαν ψηφιακή επεξεργασία για τη δημιουργία μιας φωτογραφίας. Το 1969, οι επιστήμονες Willard Boyle και George E. Smith, που εργάζονταν στα AT&T Bell Labs στο Murray Hill του New Jersey, ανέπτυξαν μια φορτισμένη συζευγμένη συσκευή για χρήση ως τεχνολογία μνήμης. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, άλλες εταιρείες ανέπτυξαν σύντομα τρόπους για να καταγράψουν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και να δημιουργήσουν ηλεκτρονικές εικόνες.
Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί μια φορτισμένη συζευγμένη συσκευή στη λήψη εικόνων είναι η εστίαση μιας εικόνας που προβάλλεται από έναν φακό σε μια συστοιχία φωτοενεργών πυκνωτών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κάθε πυκνωτής να συσσωρεύει ένα ηλεκτρικό φορτίο που είναι ανάλογο με την ένταση φωτός της εικόνας. Αυτό καταγράφει μια δισδιάστατη εικόνα που μεταφέρεται σε έναν ενισχυτή φόρτισης, ο οποίος με τη σειρά του την καλύπτει σε τάση. Αυτή η εικόνα στη συνέχεια αποθηκεύεται ψηφιακά σε μια μονάδα μνήμης και μπορεί να προσπελαστεί αργότερα.
Μια βασική φορτισμένη συζευγμένη συσκευή είναι αποτελεσματική στην σύλληψη της φωτεινότητας, αλλά δυσκολεύεται να αποδώσει χρώμα. Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, οι σύγχρονες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές χρησιμοποιούν μια συσκευή που ονομάζεται μάσκα Bayer πάνω από το CCD. Συνδέει τέσσερα pixel σε μπλοκ και φιλτράρει διαφορετικά επίπεδα φωτεινότητας ως διαφορετικά χρώματα. Αυτά τα εικονοστοιχεία είναι χρωματιστά, με ένα να είναι κόκκινο, ένα μπλε και δύο πράσινα, επειδή το ανθρώπινο μάτι μπορεί να αναγνωρίσει το πράσινο πιο εύκολα από άλλα χρώματα.
Μια άλλη τεχνολογία που αναπτύχθηκε στις αρχές του 21ου αιώνα περιλαμβάνει τσιπ υψηλής ανάλυσης φορτισμένων συζευγμένων συσκευών που μπορούν να χρησιμοποιούν περισσότερο χρώμα φωτεινότητας σε διαφορετικά μεγέθη διαφράγματος. Αυτό το επιτυγχάνει εφαρμόζοντας μια συσκευή που ονομάζεται διχρωικό πρίσμα, το οποίο χωρίζει κάθε χρώμα στα εγγενή συστατικά του. Τα διχρωικά πρίσματα έχουν χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες.