CMOS图像传感器和CCD图像传感器都基于硅半导体材料，但由于工作原理和设计结构不同，使得这两种传感器在性能上存在着很大的区别，主要体现在集成度、读出方式、功耗、动态范围、灵敏度和价格上。
(1) 集成度
CCD图像传感器的时钟驱动、时序发生和模拟、数字信号处理等其它辅助功能电路难与CCD成像阵列单片集成，图像系统为多芯片系统；CMOS图像传感器能在同一个芯片上集成除像素阵列之外各种信号和图像处理模块，如时钟信号产生电路、模拟信号处理电路、数字信号处理电路，甚至彩色处理和数据压缩电路、计算机I/O接口电路，形成单片高集成度数字成像系统。
(2) 功耗
CCD图像传感器要求多相电压传输信号电荷，随着阵列尺寸的增加，为了获得信号转移的完整性，更加严格准确的时钟脉冲，且需要相对高的工作电压，另外像素阵列之外的芯片消耗很大功耗；而CMOS图像传感器仅仅只要一个电源电压，一般情况下基于CMOS消耗的能量是CCD的1/10—1/100，有利于延长便携式、机载或星载电子设备的使用时间。
(3) 读出方式
CCD图像传感器是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，整个电路非常复杂，其图像信息不能随机读取，而这种随机读取对很多应用是不可少的；CMOS图像传感器则以类似DRAM存储器的方式读出信号，可以随机读取[100]。
(4) 灵敏度与动态范围
CCD图像传感器有高的灵敏度，只要很少的积分时间就能读出信号电荷，而CMOS图像传感器因为像素内集成有源晶体管降低了感光灵敏度，但对红外等非可见光波的灵敏度比CCD要高，并随波长增加而衰减的梯度也慢些。由于CCD图像传感器具有较低的暗电流和成熟的读出噪声***技术，目前CCD图像传感器的动态范围比CMOS图像传感器的动态范围宽。
(5) 填充系数
CMOS图像传感器的填充系数一般在20%-30%之间，而CCD图像传感器高达80%以上，这主要是CMOS图像传感器的像素中集成了读出电路。为了改善填充系数，CMOS图像传感器的工艺中使用微透镜聚焦入射光来提高填充系数。
(6) 价格
随着CMOS工艺的发展，CMOS图像传感器已经将时序控制单元、模拟信号处理、数字信号处理等集成在单芯片下；而CCD图像传感器是用特殊工艺制成，这些模块不能与像素阵列集成。因此CMOS图像传感器制造成本低，结构简单，从而成品率高，这样CMOS图像传感器在价格上就比CCD图像传感器有了明显优势。
由于工作的机理不同，CMOS和CCD两种图像传感器芯片的电路设计方法及电路结构形式有很大区别，CCD图像传感器生产过程复杂、成本高、功耗大，但拥有高信噪比、宽动态范围、高电荷转换效率和高输出图像质量的优点，而CMOS图像传感器的***大优点是功耗低、成本低、电路结构简单、集成度高；但目前CMOS图像传感器有着信噪比小、量子效率低、动态范围窄等缺点，获得的图像质量不高。