レンズから入ってきた光を電気信号に変換する電子部品のことをイメージセンサー（撮像素子）という。仕組みの違いで「CCD」と「CMOS」に分かれているが、現在の主流はCMOS。どちらも光の情報を記録可能な形式に変換するという意味では、フィルムカメラにおけるフィルムと同じような役割を果たしていると考えてよい。
イメージセンサーそのものはモノクロで、原色フィルターや補色フィルターなどを通すことで、色を再現することができる仕組みとなっている。
▲イメージセンサーはフィルムカメラのフィルムに当たる部分。
▲「キヤノン EOS Kiss M」のCMOSセンサー
イメージセンサーの大きさはさまざまで、統一された規格があるわけではないが、一眼カメラに用いられているものを大別すると、「フルサイズ」「APS-Cサイズ」「マイクロフォーサーズ（4/3型）」になる。多くのコンパクトデジカメには「1/2.3型」が採用されている。
同じ画素数であれば、大きいセンサーのほうが、より高画質で階調豊かに撮影できるといわれているが、実際は画質には画素数の違いや画像処理の方法など、さまざまなことが影響するため一概にはいえない。一方で、フルサイズセンサーは製造コストが高いため、搭載モデルは高価になる。また、ボディやレンズのサイズも大きく、重くなる傾向が見られる。
▲イメージセンサーはサイズだけでなく、アスペクト比（長辺と短辺の比率）も異なる。