CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管)，它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A~15
00A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子-空穴对，电子-空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由电极形成的"势阱"中。
MOS电容器的电荷储存容量可由下式求得:
QS=Ci×VG×A
式中: QS是电荷储存量;
Ci是单位面积氧化层的电容;
VG是外加偏置电压;
A是MOS电容栅的面积。
由此可见，光敏元面积越大，其光电灵敏度越高。1个3相驱动工作的CCD中电荷转移的过程。
(a)初始状态;(b)电荷由①电极向②电极转移;(c)电荷在①、②电极下均匀分布;
(d)电荷继续由①电极向②电极转移;(e)电荷完全转移到②电极;(f)3相交叠脉冲。
假设电荷最初存储在电极①(加有10V电压)下面的势阱中，如图2(a)所示，加在CCD所有电极上的电压，通常都要保持在高于某一临界值电压Vth，Vth称为CCD阈值电压，设Vth=2V。所以每个电极下面都有一定深度的势阱。显然，电极①下面的势阱最深，如果逐渐将电极②的电压由2V增加到10V，这时，①、②两个电极下面的势阱具有同样的深度，并合并在一起，原先存储在电极①下面的电荷就要在两个电极下面均匀分布，(b)和(c)所示，然后再逐渐将电极下面的电压降到2V，使其势阱深度降低，(d)和(e)所示，这时电荷全部转移到电极②下面的势阱中，此过程就是电荷从电极①到电极②的转移过程。如果电极有许多个，可将其电极按照1、4、7…，2、5、8…和3、6、9…的顺序分别连在一起，加上一定时序的驱动脉冲，即可完成电荷从左向右转移的过程。用3相时钟驱动的CCD称为3相CCD。
