Užuot eksponuodami šviesai jautrią cheminę medžiagą, vadinamą plėvele, į sceną, kad sukurtų įspaustą vaizdą, dauguma skaitmeninių fotoaparatų naudoja įkrovimo prijungtą įrenginį (CCD), elektroninį instrumentą, kuris sukuria pikselių žemėlapį pagal elektros krūvį, susidarantį fotonams atsitrenkus į jautri medžiaga. Šis reiškinys vadinamas fotoelektriniu efektu, ir jį išaiškino Albertas Einšteinas garsiajame 1905 m. Rečiau nei CCD naudojamas komplementarus metalo oksido puslaidininkis (CMOS).
Terminas CCD fotoaparatas kartais vartojamas pakaitomis su skaitmeniniu fotoaparatu, nes pagal savo pobūdį CCD fotoaparatas fotografuoja – nuotraukas su tam tikra pikselių raiška, kurias galima užkoduoti skaitmeniniu būdu. Šiuos failus galima lengvai perkelti iš fotoaparato į daugelį įrenginių, įskaitant kompiuterius, ekranus, telefonus ir spausdintuvus.
Su įkrovimu susietas įrenginys yra integruota grandinė, tai reiškia, kad jis naudoja kelis puslaidininkinius elementus vieningoje platformoje, kad pasiektų savo tikslus. CCD kameros aktyvieji komponentai yra kondensatoriai. Jie yra sujungti į grandinę, todėl jie vadinami įkrautais. Kondensatorius yra pagrindinis elektronikos įtaisas, kuris išsaugo potencialų skirtumą arba įtampą tarp dviejų plokščių, turinčių vienodus, bet priešingus elektros krūvius.
Objektyvas projektuoja vaizdą ant CCD, o kiekvienas kondensatorius įgyja įkrovą, proporcingą gaunamos šviesos ryškumui. CCD iš prigimties nėra jautrūs spalvoms, todėl norint daryti spalvotas nuotraukas, reikia naudoti „Bayer“ kaukę, kad būtų galima pasirinktinai filtruoti šviesą į nurodytus pikselius pagal spalvą. Įgiję įkrovą, kondensatoriai pradeda perduoti savo įkrovą gretimiems kondensatoriams su įkrovimu sujungta grandinės forma. Masyvo gale esantis registras atlieka atitinkamus matavimus ir sukuriamas 2D pikselių žemėlapis.
Kadangi jų jautrumas šviesai yra maždaug 35 kartus didesnis nei įprastų fotoaparatų ir artėja prie kvantinės ribos, skaitmeninius fotoaparatus dažnai mėgsta renginių fotografai ir astrofotografai. Kadangi trūksta aktyvių cheminių komponentų, vaizdų nereikia „vystyti“ ir jie išsaugomi tiesiai fotoaparate iškart po ekspozicijos.