Umjesto izlaganja fotoosjetljive kemikalije poznate kao film sceni kako bi se stvorila utisnuta slika, većina digitalnih fotoaparata koristi uređaj s nabojom (CCD), elektronički instrument koji stvara mapu piksela na temelju električnog naboja koji nastaje kada fotoni udare u osjetljivog materijala. Taj se fenomen naziva fotoelektrični efekt, a razjasnio ga je Albert Einstein u poznatom radu iz 1905. godine. Manje često korišten od CCD-a je komplementarni metal-oksid-poluvodič (CMOS).
Pojam kamera zasnovana na CCD-u ponekad se koristi naizmjenično s digitalnim fotoaparatom, jer po svojoj prirodi CCD kamera snima slike — fotografije s određenom razlučivosti piksel po piksel koje se mogu digitalno kodirati. Te se datoteke lako mogu prenijeti s fotoaparata na mnoge uređaje, uključujući računala, zaslone, telefone i pisače.
Uređaj spojen na punjenje je integrirani krug, što znači da koristi višestruke poluvodičke elemente na jedinstvenoj platformi za postizanje svojih ciljeva. Aktivne komponente CCD kamere su kondenzatori. Oni su povezani u strujni krug, zbog čega se nazivaju nabojno spojeni. Kondenzator je osnovni elektronički uređaj koji pohranjuje razliku potencijala, ili napon, u varijansi između dvije ploče s jednakim, ali suprotnim električnim nabojima.
Leća projicira sliku na CCD-ove, a svaki kondenzator dobiva naboj proporcionalan svjetlini dolaznog svjetla. CCD-i nisu inherentno osjetljivi na boje, a za snimanje fotografija u boji mora se koristiti Bayerova maska za selektivno filtriranje svjetlosti u određene piksele na temelju boje. Nakon stjecanja naboja, kondenzatori počinju prenositi svoj naboj na susjedne kondenzatore na naboj spojen, u nizu u nizu. Registar na kraju niza vrši odgovarajuća mjerenja i stvara se 2D mapa piksela.
Budući da je njihova osjetljivost na svjetlost oko 35 puta veća od konvencionalne kamere, približavajući se kvantnoj granici, digitalne fotoaparate često vole fotografi događaja i astrofotografi. Zbog nedostatka aktivnih kemijskih komponenti, slike se ne moraju “razvijati” i pohranjuju se izravno u fotoaparat ubrzo nakon ekspozicije.