主要由光学部分、机械传动部分和转换电路三部分组成。底片扫描仪的核心部件是完成光电转换的感光器，主要有电荷耦合元件（charge-coupled device，CCD）、接触式图像传感器（contact image sensor，CIS）、互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）和光电倍增管（photo multiplier tube，PMT）等感光器件。这些感光器中，PMT的成本最高，且扫描速度慢，只用于专业的滚筒扫描仪；CCD和CIS的成本相对较低，扫描速度较快，使用较为广泛。

底片扫描仪原理示意图

底片扫描仪工作时，首先由光源将光线照在要扫描的胶底片上，产生表示图像特征的透射光。光学系统采集这些光线，将其聚焦在感光器件上，由感光器件将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行模拟信号到数字信号的转换及处理，并将对应的数字信号输送给计算机。机械传动机构在控制电路的控制下带动装有光学系统和CCD等感光器件的扫描头与底片进行相对运动，将底片全部扫描一遍，一幅完整的图像就输入计算机中去。

底片扫描仪的主要参数有光学分辨率、色彩深度（位数）、动态范围、接口形式等。