Układ optyczny tworzy obraz na przetworniku optoelektronicznym (CCD, CMOS), a współpracujący z nim układ elektroniczny odczytuje informacje o obrazie i przetwarza na postać cyfrową w układzie zwanym przetwornikiem analogowo-cyfrowym.
Dane w postaci cyfrowej są zapisywane w jednym z formatów zapisu obrazu - zazwyczaj JPEG (kompresja stratna), TIFF (kompresja bezstratna) lub RAW (pełna informacja z matrycy aparatu) - w cyfrowej pamięci aparatu (w pamięci półprzewodnikowej lub na miniaturowym dysku magnetycznym lub optycznym) albo przesyłane bezpośrednio do komputera. Najczęściej wykorzystywanymi pamięciami w aparatach cyfrowych są pamięci typu flash.

Badania nad cyfrowym przetwarzania obrazu trwają co najmniej od lat sześćdziesiątych. W efekcie, zamiast filmu, światło w cyfrówkach rejestruje sensor składający się z ułożonych w rzędach fotodiod. Może on mieć różne rozmiary fizyczne (im większe tym lepiej – tym mniejsze szumy), a ilość pikseli na dłuższym i krótszym boku wpływa na jego rozdzielczość, jednak pośrednio, gdyż na każdy jeden piksel obrazu składają się najczęściej trzy fizyczne piksele RGB (może być więcej - RGBE, gdzie E to kolor seledynowy) rejestrujące jasność i kolor osobno światła czerwonego, zielonego i niebieskiego (za wyjatkiem matryc Foveon, gdzie także są trzy lecz ułożone jeden na drugim - pisaliśmy tutaj).
Przyjęto jednak, że to właśnie piksele obrazu brane są pod uwagę w praktyce, dlatego mówi się, że aparat robiący zdjęcia o bokach 2000 x 3000 pikseli, czyli 6.000.000, ma rozdzielczość 6 megapikseli.
Poza tym cyfrówki wyposażone są w zamontowaną na stałe lub wymienną optykę, a producenci podają ekwiwalent ogniskowej, np. 35 – 210 mm (podczas gdy faktyczna ogniskowa jest w kompaktach o wiele krótsza np.7,4 – 44,4 mm).
W przypadku lustrzanek cyfrowych z klatką APS-C, na obudowie podawana jest prawdziwa ogniskowa optyki (np. 18 - 70 mm), a w większości przypadków (wyjątkiem jest matryca zbliżona wielkością do pełnej klatki 35 mm) do określenia ekwiwalentu ogniskowej służy współczynnik krotności, mówiący nam też o ile matryca jest mniejsza od klatki 35 mm (np. x 1,5 lub x 1,6 lub x 2 – w zależności od producenta i wielkości matrycy). Od ich analogowych odpowiedników odróżnia je jeszcze zainstalowany z tyłu wyświetlacz LCD, na którym można obejrzeć zarejestrowane fotografie oraz czytnik kart pamięci, na których zapisywane są dane (część profesjonalnych aparatów umożliwia także bezpośredni zapis na dysku komputera po podłączeniu ich do niego). Tak więc są to urządzenia skomputeryzowane, wyposażone w procesor sterujący całym aparatem oraz prosty system operacyjny ( tzw. firmware aparatu) z menu w postaci zakładek.

Obsługa aparatów cyfrowych w dużej mierze pokrywa się z użytkowaniem ich odpowiedników na film, przy czym kompakty oferują coraz więcej funkcji i udogodnień przejmowanych z wyzszych modeli. Do dyspozycji mamy też wiele ekwiwalentów czułości (łącznie od ISO 50 do ISO 3200), więc że nie musimy się martwić o wymianę filmu, gdyż wystarczy ustawić odpowiednią czułość w menu aparatu odpowiednią do jasności sceny, zaś w przypadku prostych cyfrówek dla niezaawansowanych użytkowników, nie musimy się martwić praktycznie o nic. Wystarczy naciskać spust kiedy trzeba:)
Jeśli chodzi o parametry naświetlania, to możemy skorzystać z automatycznych ustawień, a w bardziej zaawansowanych konstrukcjach także z pełnej manualnej (i półautomatycznej) kontroli czasu i przysłony. Ponadto do dyspozycji mamy programy tematyczne odpowiedzialne za właściwy dobór parametrów w zależności od sytuacji jaką fotografujemy. Są to na przykład: słońce, chmury, krajobraz, sport, portret zdjęcie nocne itd. - można by je tak jeszcze mnożyć, gdyż niektóre obecne cyfrówki oferują nawet po kilkadziesiąt takich programów. Jest to bardziej chwyt marketingowy niż faktyczna użyteczność, gdyż w praktyce wystarczy kilka z nich. Tak, czy siak w wielu sytuacjach aparat odpowiednio zareaguje zarówno na fotografowanie w pełnym słońcu jak i późnym wieczorem, a za każdym razem będziemy cieszyć się prawidłowo naświetlonymi klatkami.

W czasach aparatów z rolką filmu wewnątrz, zanim otrzymaliśmy zdjęcia, należało oddać film do wywołania i poczekać na wykonanie odbitek. Dziś efekty mamy od razu: na wyświetlaczu tuż po zrobieniu zdjęcia, lub po przerzuceniu na dysk komputera, zatem wystarczy tylko zamówić odbitki, które można odebrać nawet w ciągu godziny lub szybciej, a ceny cyfrowych odbitek zrównały sie już z tymi, które obowiązywały za negatyw.
Jednak wcale nie musimy zamawiać odbitek. Możemy pokazywać zdjęcia na ekranie komputera, telewizora, a nawet wykorzystać w tym celu projektor multimedialny i urządzić pokaz zdjęć na ścianie (o łatwym przesyłaniu pocztą elektroniczną nie wspominając)! Poza fotografowaniem cyfrówki posiadają jeszcze inną niezwykle pożądaną cechę. Rejestrują filmy, co w wielu przypadkach pozwala uniknąć zakupu dodatkowej kamery. Należy tylko pamiętać by z czasem nauczyć się selekcjonować fotografie i filmy, a kiepskie po prostu wyrzucać, by nie zajmowały nam niepotrzebnie miejsca.