Un dispositivo acoplado cargado (CCD) permite el transporte de señales analógicas cargadas eléctricamente a través de diferentes condensadores configurados en serie. Este dispositivo está controlado por una señal de reloj que oscila entre los estados alto y bajo. Todo el sistema actúa como un registro de desplazamiento que tiene sus entradas y salidas unidas en serie, lo que permite utilizar un dispositivo acoplado cargado como una forma de retardar señales analógicas. El uso más común de estos dispositivos es para sensores de luz fotoeléctricos que están vinculados a señales analógicas paralelas. Esta tecnología es la base del funcionamiento de las cámaras digitales, las grabadoras de vídeo y los teléfonos con imagen.
En 1961, Eugene F. Lally, investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California, escribió un artículo titulado Mosaic Guidance for Interplanetary Travel. Exploró la idea de utilizar una serie de detectores ópticos que implementan procesamiento digital para crear una fotografía. En 1969, los científicos Willard Boyle y George E. Smith, que trabajaban en AT&T Bell Labs en Murray Hill, Nueva Jersey, desarrollaron un dispositivo acoplado cargado para usar como tecnología de memoria. Usando esta tecnología, otras empresas pronto desarrollaron formas de capturar el efecto fotoeléctrico y hacer imágenes electrónicas.
La forma en que un dispositivo acoplado cargado funciona para capturar imágenes es enfocando una imagen que se proyecta desde una lente sobre una matriz de capacitores fotoactivos. Esto da como resultado que cada condensador acumule una carga eléctrica que es proporcional a la intensidad de luz de la imagen. Esto captura una imagen bidimensional que se transfiere a un amplificador de carga, que a su vez lo convierte en voltaje. Luego, esta imagen se almacena digitalmente en un módulo de memoria y se puede acceder a ella más tarde.
Un dispositivo acoplado cargado básico es eficiente para capturar la luminancia, pero tiene dificultades para reproducir el color. Para resolver este problema, las cámaras digitales modernas utilizan un dispositivo llamado máscara de Bayer sobre el CCD. Vincula cuatro píxeles en bloques y filtra diferentes niveles de luminancia como colores diferentes. Estos píxeles están coloreados, uno es rojo, uno azul y dos verdes, porque el ojo humano puede identificar el verde más fácilmente que otros colores.
Otra tecnología que se desarrolló a principios del siglo XXI involucra chips de dispositivos acoplados cargados de alta resolución que pueden usar más del color de luminancia en diferentes tamaños de apertura. Lo logra implementando un dispositivo llamado prisma dicroico, que divide cada color en sus componentes nativos. Los prismas dicroicos se han utilizado en algunas cámaras digitales y videocámaras.