Αντί να εκθέσουν μια φωτοευαίσθητη χημική ουσία γνωστή ως φιλμ σε μια σκηνή για να δημιουργήσουν μια αποτυπωμένη εικόνα, οι περισσότερες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές χρησιμοποιούν μια συσκευή συζευγμένου φορτίου (CCD), ένα ηλεκτρονικό όργανο που δημιουργεί έναν χάρτη pixel με βάση το ηλεκτρικό φορτίο που δημιουργείται όταν τα φωτόνια προσκρούουν σε ευαίσθητο υλικό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και αποσαφηνίστηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν σε μια περίφημη εργασία του 1905. Λιγότερο συχνά χρησιμοποιείται από ένα CCD είναι ένας συμπληρωματικός ημιαγωγός οξειδίου μετάλλου (CMOS).
Ο όρος κάμερα που βασίζεται σε CCD χρησιμοποιείται μερικές φορές εναλλακτικά με την ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, επειδή από τη φύση της η κάμερα που βασίζεται σε CCD τραβάει φωτογραφίες — φωτογραφίες με συγκεκριμένη ανάλυση pixel προς pixel που μπορούν να κωδικοποιηθούν ψηφιακά. Αυτά τα αρχεία μπορούν εύκολα να μεταφερθούν από μια κάμερα σε πολλές συσκευές, όπως υπολογιστές, οθόνες, τηλέφωνα και εκτυπωτές.
Μια συσκευή συζευγμένη με φορτίο είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, που σημαίνει ότι χρησιμοποιεί πολλαπλά στοιχεία ημιαγωγών σε μια ενοποιημένη πλατφόρμα για να επιτύχει τους στόχους της. Τα ενεργά συστατικά μιας κάμερας που βασίζεται σε CCD είναι οι πυκνωτές. Αυτά συνδέονται σε ένα κύκλωμα, γι’ αυτό ονομάζονται συζευγμένα με φορτίο. Ένας πυκνωτής είναι μια βασική ηλεκτρονική συσκευή που αποθηκεύει μια διαφορά δυναμικού, ή τάση, στη διακύμανση μεταξύ δύο πλακών με ίσα αλλά αντίθετα ηλεκτρικά φορτία.
Ένας φακός προβάλλει την εικόνα στα CCD και κάθε πυκνωτής αποκτά φορτίο ανάλογο με τη φωτεινότητα του εισερχόμενου φωτός. Τα CCD δεν είναι εγγενώς ευαίσθητα στο χρώμα και για τη λήψη έγχρωμων φωτογραφιών, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια μάσκα Bayer για να φιλτράρει επιλεκτικά το φως σε καθορισμένα pixel με βάση το χρώμα. Με την απόκτηση της φόρτισης, οι πυκνωτές αρχίζουν να μεταφέρουν τη φόρτισή τους σε γειτονικούς πυκνωτές με τρόπο συζευγμένο με φορτίο, μαργαρίτα-αλυσίδα. Ένας καταχωρητής στο τέλος του πίνακα κάνει τις κατάλληλες μετρήσεις και δημιουργείται ένας 2D χάρτης pixel.
Επειδή η ευαισθησία τους στο φως είναι περίπου 35 φορές μεγαλύτερη από αυτή μιας συμβατικής κάμερας, πλησιάζοντας το κβαντικό όριο, οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές συχνά προτιμώνται τόσο από φωτογράφους εκδηλώσεων όσο και από αστροφωτογράφους. Λόγω της έλλειψης ενεργών χημικών συστατικών, οι εικόνες δεν χρειάζεται «ανάπτυξη» και αποθηκεύονται απευθείας στην κάμερα λίγο μετά την έκθεση.