高速攝像機可以在極短的時間內完成對高速目標的快速多次采樣。 當它以固定的速度投射時，所記錄的目標的變化過程清晰而緩慢地呈現在我們的眼前。 高速攝像技術具有實時目標捕捉、快速圖像記錄、即時回放、圖像直觀清晰等突出優勢。
高速運動目標被自然光或人工輔助照明照射產生反射光，或運動目標本身發光，這些光的一部分通過高速成像系統的成像物鏡。
經物鏡成像后落在光電成像器件的成像面上，由驅動電路控制的光電器件會對成像面上的目標圖像做出快速響應，即根據分布 目標圖像的光能在圖像傳感面上，每個采樣點，即像素點，產生響應大小的電荷包，完成圖像的光電轉換。 帶有圖像信息的單個電荷包被快速傳輸到讀出寄存器中。
讀出的信號經過信號處理后傳送到計算機，計算機讀出、顯示和解釋圖像，并輸出結果。 因此，一套完整的高速成像系統由光學成像、光電成像、信號傳輸、控制、圖像存儲與處理等部分組成。
高速攝影廣泛用于工業應用。 高速攝像機可以捕捉肉眼無法清晰看到的圖像和運動過程。 流體力學中湍流、流體速度、流場、氣泡、沸騰、兩相流等運動規律的觀察和分析，是高速攝像機參與的。 比如多頭高速攝像機捕捉到的石頭入水瞬間的細節。 使用高速攝像機圖像，研究人員能夠了解作用在水下石頭上的力，并通過流體動力學分析為什么石頭連續多次漂浮在水面上。
