Namesto da bi prizoru izpostavili fotoobčutljivo kemikalijo, znano kot film, za ustvarjanje vtisnjene slike, večina digitalnih fotoaparatov uporablja napravo s sklopko polnjenja (CCD), elektronski instrument, ki ustvari zemljevid slikovnih pik na podlagi električnega naboja, ki nastane, ko fotoni zaletijo v občutljiv material. Ta pojav se imenuje fotoelektrični učinek in ga je razložil Albert Einstein v znamenitem dokumentu iz leta 1905. Manj pogosto uporabljen kot CCD je komplementarni kovinski oksid-polprevodnik (CMOS).
Izraz kamera, ki temelji na CCD, se včasih uporablja kot zamenljiva z digitalnim fotoaparatom, saj že po svoji naravi kamera na osnovi CCD zajema slike – fotografije z določeno ločljivostjo slikovnih pik, ki jih je mogoče digitalno kodirati. Te datoteke je mogoče enostavno prenesti iz fotoaparata v številne naprave, vključno z računalniki, zasloni, telefoni in tiskalniki.
Nabojno sklopljena naprava je integrirano vezje, kar pomeni, da za dosego svojih ciljev uporablja več polprevodniških elementov na enotni platformi. Aktivne komponente kamere na osnovi CCD so kondenzatorji. Ti so povezani v vezje, zato se imenujejo polnilno sklopljeni. Kondenzator je osnovna elektronska naprava, ki shranjuje potencialno razliko ali napetost v variance med dvema ploščama z enakimi, a nasprotnimi električnimi naboji.
Leča projicira sliko na CCD-je in vsak kondenzator pridobi naboj, sorazmeren svetlosti vhodne svetlobe. CCD-ji sami po sebi niso barvno občutljivi in za fotografiranje barvnih fotografij je treba uporabiti Bayerjevo masko za selektivno filtriranje svetlobe v določene slikovne pike na podlagi barve. Ko pridobijo naboj, kondenzatorji začnejo prenašati svoj naboj na sosednje kondenzatorje na nabojno sklopljeni, verižni način. Register na koncu matrike opravi ustrezne meritve in ustvari se 2D zemljevid slikovnih pik.
Ker je njihova občutljivost na svetlobo približno 35-krat večja od običajne kamere in se približuje kvantni meji, so digitalni fotoaparati pogosto naklonjeni tako fotografom dogodkov kot astrofotografom. Zaradi pomanjkanja aktivnih kemičnih komponent slik ni treba “razvijati” in so shranjene neposredno v fotoaparatu kmalu po osvetlitvi.