CCD是由若干个电荷耦合单元组成的。其基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器。它以P型（或N型）半导体为衬底，上面覆盖一层厚度约120 nm的SiO2，再在SiO2表面依次沉积一层金属电极而构成MOS电容转移器件。这样一个MOS结构称为一个光敏元或一个像素。将MOS阵列加上输入、输出结构就构成了CCD器件。其结构图如下，

　　ＣＣＤ主要由三部分组成：信号输入、电荷转移、信号输出。

　　输入部分：将信号电荷引入到ＣＣＤ的个转移栅极下的势阱中，称为电荷注入。

　　在ＣＣＤ栅极上施加按一定规律变化、大小超过阈值的电压，则在半导体表面形成不同深浅的势阱。势阱用于存储信号电荷，其深度同步于信号电压变化，使阱内信号电荷沿半导体表面传输，从输出二极管送出视频信号。为了实现电荷的定向转移，在CCD的MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电荷为一单元的循环结构。一位CCD中含的MOS个数即为CCD的像素。

　　光注入：用于摄像机。用光敏元件代替输入二极管。当光照射CCD硅片时，在栅极附近的半导体体内产生电子—空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。

　　感光耦合元件特点是以电荷作为信号，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。它将光敏二极管阵列和读出移位寄存器集成为一体，构成具有自扫描功能的图像传感器。是一种金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件, 基本功能是进行光电转换电荷的存储和电荷的转移输出。其优点如下：

　　１.体积小，可靠性高，寿命长。

　　２.空间分辨率高，可以获得很高的定位和测量精度。

　　３.灵敏度高，动态范围大，红外敏感性强，信噪比高 。

　　４.高速扫描，基本上不保留残象

　　５.集成度高

　　６.可用于非接触精密尺寸测量系统。

　　７.无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。

　　８.有数字扫描能力。像元的位置可由数字代码确定，便于与计算机结合接口。

　　含格状排列像素的CCD应用於数码相机、光学扫瞄器与摄影机的感光元件。其光效率可达70%（能捕捉到70%的入射光），优於传统胶片的2%，因此CCD迅速获得天文学家的大量采用。

　　CCD在天文学方面有一种奇妙的应用方式，能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。方法是让CCD上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致，速度也同步，以CCD导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差，还能使望远镜记录到比原来更大的视场。

　　一般的CCD大多能感应红外线，所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度（或趋近零照度）摄影机／照相机等。为了减低红外线干扰，天文用CCD常以液态氮或半导体冷却，因室温下的物体会有红外线的黑体辐射效应。CCD对红外线的敏感度造成另一种效应，各种配备CCD的数位相机或录影机若没加装红外线滤镜，很容易拍到遥控器发出的红外线。降低温度可减少电容阵列上的暗电流，增进CCD在低照度的敏感度，甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升（信噪比提高）。