CCD 相機通過鏡頭等光學系統將圖像聚焦在由光電二極管（CCD 元件）陣列組成的 CCD 傳感器上。 CCD傳感器分為上下兩部分，分別用于接收和發射光線。

當光子撞擊受光CCD元件時，通過光電效應產生電子，并且CCD元件存儲電荷。每個CCD中累積的電荷被傳輸到傳輸CCD，并且電流被放大器放大。放大的電流由CCD相機控制板計算并轉換成圖像數據。

在 EMCCD 中，在將電子發送到放大器之前，會對傳輸的電荷施加電壓以使電子加倍。這利用了一種稱為碰撞電離的現象。 EMCCD，使電子加倍，可以探測單個光子，也可以測量光子的數量。

然而，除非一行中的所有 CCD 中積累了足夠的電荷，否則不會發生電荷轉移。這是速率限制因素，傳輸速度有限制。