Beim Fotografieren wird das über das Linsensystem einfallende Licht auf einem sogenannten CCD-Chip je nach Lichtintensität in unterschiedlich starke elektrische Signale umgewandelt. An das Objektiv werden dabei höhere Anforderungen gestellt als bei der herkömmlichen Fotografie. Die Signale werden von einem Analog/Digital-Wandler in einen binären Code umgewandelt und in einer Bilddatei gespeichert. Bei den Digitalkameras hat sich hier das JPEG-Format durchgesetzt. Die Farben entstehen durch Farbfilterung in jeder einzelnen Zelle des CCD-Chip. Vier lichtempfindliche Zellen dieses Chips erzeugen jeweils einen Bildpunkt in den Farben rot und grün sowie zwei blaue. Ziel ist es, dem Farb- und Kontrastempfinden des menschlichen Auges möglichst zu entsprechen.

Die Speicherung erfolgt in einem schnellarbeitenden kamerainternen Speicher, von hier werden die Daten an ein Speichermedium mit hoher Speicherkapazität, z.B. eine CF-Karte, übergeben und sind jederzeit abrufbereit.

Digitale Kameras verfügen über einen optischen Sucher und oft auch über einen Monitor, meist einen TFT-LC-Display. Der Monitor bietet den großen Vorteil, dass man das Foto vor und nach der Aufnahme betrachten kann.

Während des Fotografierens sorgen mehrere Programme für optimale Ergebnisse: Belichtungsautomatik, Schärfenautomatik (Autofokus), Programme zum Weißabgleich und zum Unterdrücken von Farbrauschen. Da diese Programme Rechen- und Speicherzugriffszeit benötigen, kommt es beim Auslösen zu Verzögerungen von 0,2 Sekunden oder gar mehr.
Alles in allem ist eine Digitalkamera ein ziemlich kompaktes elektronisches System.