CCD传感器是一种复杂的电子元件，由多个光敏半导体元件阵列组成。每个元素代表一个光电探测器，一个将入射光子转化为电子的像素。

　在积分阶段(曝光时间)，入射光在半导体氧化物界面释放的所有电子都聚集在势阱中。累积容量与入射光量和曝光时间成正比。然后根据下述几种传感器读出技术读出每个像素的容量:

　除了光敏像素，行间传输(ILT)传感器包括垂直移位寄存器。电荷不是移动通过光敏像素，而是移动到位于每行像素旁边的屏蔽移位寄存器中。电荷在到达水平读出寄存器之前一步移动到垂直移位寄存器，并被逐个像素地输入和输出到放大器。

　由于移位寄存器的存在而引起的填充因子的降低可以通过微透镜来补偿，从而提高灵敏度。虽然与其他CCD传感器架构相比，全阱容量有所降低，但索尼和安森半导体的CCD传感器通常提供30-50 KeV的阱尺寸，足以进行8-10位数字化。

　全帧CCD传感器没有任何垂直移位寄存器，所以像素电荷必须通过相邻的像素结构转移到水平移位寄存器。这需要一个机械快门来避免拖影。

　帧传感器使用相同的方法通过像素转移电荷，但它可以更快地转移电荷，因为电荷被发送到有源区域旁边的屏蔽读出区域，在那里耗时的逐像素读出与全画幅设备相同。它是其他CCD传感器类型之间的折衷。

　传输和全帧架构通常达到100%的填充因子，并具有大的全井容量以产生高动态范围。这两种类型的传感器通常使用12或14μm大小的大像素，从而获得更好的动态和更高的灵敏度，并经常出现在科学和高端专业摄影应用中，在这些应用中，速度不如动态范围重要，并且噪声极低。