Οι αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας χρησιμοποιούν αλγόριθμους υπολογιστών για να χειριστούν το υλικό και το λογισμικό για να παράγουν μεγαλύτερο έλεγχο στην επεξεργασία εικόνας από ό,τι ήταν ποτέ δυνατό με την αναλογική επεξεργασία εικόνας. Είναι γραμμένα σε πολλές γλώσσες και χρησιμοποιούν διαφορετικούς αλγόριθμους ανάλογα με τη χρήση και τον σκοπό τους. Η επεξεργασία εικόνας δεν καλύπτει απλώς την επεξεργασία εικόνων που λαμβάνονται με ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, επομένως οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται αναπτύσσονται για την επεξεργασία μαγνητικής τομογραφίας (MRI) και αξονικής τομογραφίας (CT), επεξεργασία δορυφορικής εικόνας, μικροσκοπική και ιατροδικαστική ανάλυση, ρομποτική κι αλλα. Οι αλγόριθμοι για την επεξεργασία εικόνας εμπίπτουν σε διάφορες κατηγορίες, όπως φιλτράρισμα, συνελίξεις, μορφολογικές λειτουργίες και ανίχνευση ακμών. Αυτές οι λειτουργίες έχουν επεκτείνει τρομερά την επεξεργασία εικόνας από τη δεκαετία του 1980, καθώς ο πολλαπλασιασμός του υλικού υπολογιστών έγινε εφικτός επειδή το υλικό έγινε πιο προσιτό για τη μέση επιχείρηση ή νοικοκυριό.
Στη λειτουργία προσωπικής και επαγγελματικής ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής, οι εξελιγμένοι αλγόριθμοι αναπληρώνουν ό,τι λείπει από τη λήψη της εικόνας μέσω παρεμβολής χρώματος. Αυτό γίνεται με την εξέταση των παρακείμενων εικονοστοιχείων και εκείνων που βρίσκονται πιο πίσω στην εικόνα για να μην εμφανίζεται ο ψευδής χρωματισμός, γνωστός ως χρωματικό ψευδώνυμο, που προκαλεί υποβάθμιση από την πραγματικότητα της φωτογραφημένης εικόνας. Η ψηφιακή επεξεργασία της φωτογραφίας επιτρέπει τη μείωση του θορύβου και των παραμορφώσεων σήματος στις ψηφιακές εικόνες και οι αλγόριθμοι μπορούν να επεξεργάζονται δισδιάστατες, τρισδιάστατες και τετραδιάστατες εικόνες σε μορφές που μπορούν εύκολα να αποθηκευτούν και να χειριστούν.
Οι αλγόριθμοι οπτικής αναγνώρισης χαρακτήρων χρησιμοποιούνται από ομάδες επιτήρησης και από το προσωπικό επιβολής του νόμου για την ανάγνωση πινακίδων κυκλοφορίας από συστήματα κάμερας κλειστού κυκλώματος ή κάμερες που είναι τοποθετημένες στο δρόμο. Αυτοί οι αλγόριθμοι πρέπει να είναι αρκετά περίπλοκοι ώστε να κάνουν προσαρμογές για την ταχύτητα του κυνηγημένου οχήματος, τις καιρικές συνθήκες και τις γωνίες θέασης, ώστε οι χαρακτήρες της πινακίδας να είναι ευανάγνωστοι. Οι αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας χρησιμοποιούνται επίσης στην ανάπτυξη νευρωνικών δικτύων και κυματιδίων χρησιμοποιώντας αλγόριθμους οπτικής αναγνώρισης χαρακτήρων που χρησιμοποιούνται σε λογισμικό αναγνώρισης χειρογράφου. Αυτοί οι αλγόριθμοι αναγνώρισης εικόνων ερμηνεύουν χειρόγραφες σημειώσεις, διαγράμματα, φωτογραφίες και εξισώσεις και τα επεξεργάζονται σε μεταφράσεις με βάση τα συμφραζόμενα για αποθήκευση και μετάδοση μεταξύ διαφόρων συσκευών υλικού.
Στην ιατρική, οι αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας συνέχισαν να ρυθμίζονται και να επεκτείνονται ώστε να χρησιμοποιούν γραμμικούς και καμπυλωτούς αλγόριθμους μαζί με τυποποιήσεις μετασχηματισμού απόστασης για μεγαλύτερη λεπτομέρεια, μαζί με γεωμετρικές διορθώσεις για την παροχή πιστών εικόνων σάρωσης από τομογραφία ποζιτρονίων και μαγνητική τομογραφία. Στην εγκληματολογία και τη μικροσκοπική, απλοί και σύνθετοι αλγόριθμοι αποσυνέλιξης επέτρεψαν στους μικροσκοπικούς να μειώσουν το θάμπωμα και να εκτελέσουν πιστή ανάλυση εικόνας. Στην ψηφιακή μαστογραφία, χρησιμοποιούνται αρκετοί αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας για να παρέχουν σε συνδυασμό μια σαφή εικόνα της κάθε βλάβης, τις άκρες και την πυκνότητα της βλάβης και να ορίζουν με μεγαλύτερη σαφήνεια τυχόν εμφανείς όγκους. Αυτές οι ιατρικές εφαρμογές συνέχισαν να αναπτύσσονται, αλλά παρέχουν ολοένα και πιο αληθινές εικόνες για τις διαγνώσεις και τις προγνωστικές πληροφορίες τις οποίες χρειάζεται η ιατρική κοινότητα.