CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為電訊號。它是美國貝爾實驗室的維拉·波義耳和喬治·史密斯於1969年發明的。
CCD可直接將光學訊號轉換為模擬電流訊號，經過放大和模數轉換，實現影象的獲取、儲存、傳輸、處理和復現。它具有體積小重量輕、功耗小、靈敏度高和響應速度快等特點。CCD被廣泛應用於數碼攝影、天文學，光學遙測技術、光學與頻譜望遠鏡和高速攝影技術等領域。
1、用DC拍攝景物時，景物反射的光線透過DC的鏡頭透射到CCD上。
2、當CCD曝光後，光電二極體受到光線的激發釋放出電荷，感光元件的電訊號便由此產生。
3、CCD控制晶片利用感光元件中的控制訊號線路對光電二極體產生的電流進行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD會將一次成像產生的電訊號收集起來，統一輸出到放大器。
4、經過放大和濾波後的電訊號被送到A/D，由A/D將電訊號（此時為模擬訊號）轉換為數字訊號，數值的大小和電訊號的強度即電壓的高低成正比。這些數值其實就是影象的資料了。
5、不過單依靠第4步所得到的影象資料還不能直接生成影象，還要輸出到數字訊號處理器（DSP）。在DSP中，這些影象資料被進行色彩校正、白平衡處理（視使用者在DC中的設定而定）等後期處理，編碼為DC所支援的影象格式、解析度等資料格式，然後才會被儲存為影象檔案。
6、最後，影象檔案就被寫入到儲存器上（內建或外接儲存器）。
由於DC的採集原理只能是亮或暗兩種情況，在較暗或較亮的光線下會丟失部分細節（這種現象叫做“限幅”），並且有時很難糾正。因此，DC在使用單調光、閃光燈等光源拍照時，效果較好，但在色彩較多且光線複雜的情況下，效果與傳統相機相比差距較大。所以，非專業DC一般都不能用於大畫幅影象的製作。但由於拍攝的影象是以數字形式儲存的，可以與多種裝置進行資訊傳輸，而且在傳輸過程中，影象質量並不會受到損失。
第一層“微型鏡頭”我們知道，數碼相機成像的關鍵是在於其感光層，為了擴充套件CCD的採光率，必須擴充套件單一畫素的受光面積。但是提高採光率的辦法也容易使畫質下降。這一層“微型鏡頭”就等於在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因為感測器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。
第二層是“分色濾色片”CCD的第二層是“分色濾色片”，目前有兩種分色方式，一是RGB原色分色法，另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優缺點。首先，我們先了解一下兩種分色法的概念，RGB即三原色分色法，幾乎所有人類眼鏡可以識別的顏色，都可以透過紅、綠和藍來組成，而RGB三個字母分別就是Red, Green和Blue，這說明RGB分色法是透過這三個通道的顏色調節而成。再說CMYK，這是由四個通道的顏色配合而成，他們分別是青（C）、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)。在印刷業中，CMYK更為適用，但其調節出來的顏色不及RGB的多。原色CCD的優勢在於畫質銳利，色彩真實，但缺點則是噪聲問題。因此，大家可以注意，一般採用原色CCD的數碼相機，在ISO感光度上多半不會超過400。相對的，補色CCD多了一個Y黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細，但卻犧牲了部分影像的解析度，而在ISO值上，補色CCD可以容忍較高的感光度，一般都可設定在800以上
第三層：感光層
CCD的第三層是“感光片”，這層主要是負責將穿過濾色層的光源轉換成電子訊號，並將訊號傳送到影像處理晶片，將影像還原。
傳統的照相機膠捲尺寸為35mm，35mm為對角長度，35mm膠捲的感光面積為36 x 24mm。換算到數碼相機，對角長度約接近35mm的，CCD/CMOS尺寸越大。在單反數碼相機中，很多都擁有接近35mm的CCD/CMOS尺寸，例如尼康德D100，CCD/CMOS尺寸面積達到23.7 x 15.6，比起消費級數碼相機要大很多，而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸為36 x 24mm，達到了35mm的面積，所以成像也相對較好。
現在市面上的消費級數碼相機主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四種。
CCD/CMOS尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。
1/1.8英寸的300萬畫素相機效果通常好於1/2.7英寸的400萬畫素相機(後者的感光面積只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS畫素增加固然是件好事，但這也會導致單個畫素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。但如果在增加CCD/CMOS畫素的同時想維持現有的影象質量，就必須在至少維持單個像素面積不減小的基礎上增大CCD/CMOS的總面積。目前更大尺寸CCD/CMOS加工製造比較困難，成本也非常高。因此，CCD/CMOS尺寸較大的數碼相機，價格也較高。感光器件的大小直接影響數碼相機的體積重量。超薄、超輕的數碼相機一般CCD/CMOS尺寸也小，而越專業的數碼相機，CCD/CMOS尺寸也越大。
有鑑於許多網友詢問 CCD 與 CMOS 的主要差別。我們暫時撇開復雜的技術文字，透過簡單的比較來看這兩種不同型別，作用相同的影像感光元件。 不管，CCD 或 CMOS，基本上兩者都是利用矽感光二極體（photodiode）進行光與電的轉換。這種轉換的原理與各位手上具備“太陽電能”電子計算機的“太陽能電池”效應相近，光線越強、電力越強；反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉換為電子數字訊號。 比較 CCD 和 CMOS 的結構，ADC的位置和數量是最大的不同。簡單的說，按我們在上一講“CCD 感光元件的工作原理（上）”中所提之內容。CCD每曝光一次，在快門關閉後進行畫素轉移處理，將每一行中每一個畫素（pixel）的電荷訊號依序傳入“緩衝器”中，由底端的線路引導輸出至 CCD 旁的放大器進行放大，再串聯 ADC 輸出；相對地，CMOS 的設計中每個畫素旁就直接連著 ADC（放大兼類比數字訊號轉換器），訊號直接放大並轉換成數字訊號。