原理目标物体在相机的芯片上形成的每个信号都反映了投射在相机像素上的光线量。在光线较暗的情况下，该信号非常弱。高灵敏度相机内的电子元件可增强较弱的信号，使其能够有效地数字化并传输。

 

EMCCD技术，有时也被称作“片上增益”技术，是一种全新的微弱光信号增强探测技术。它与普通的科学级CCD探测器的主要区别在于其读出寄存器后又接续有一串“增益寄存器”，它的电极结构不同于转移寄存器，信号电荷在这里得到增益。
 

EMCCD也可采用背照式结构，把高达90%的量子效率与电荷倍增向结合，提高灵敏度，从而提供高帧速率情况下好的低照度响应。温度对片上倍增增益的影响明显。温度越低，由依次电子产生的二次电子越多，则片上倍增增益越高。研究表明把探测器制冷到-30摄氏度或更低时，片上增益可以超过1000倍。EMCCD良好的性能取决于CCD温度的选择以及温度随环境波动的控制。