固体撮像素子には様々な分類法があるが、一例を上げれば、材料・素子・電荷の転送方式など半導体技術や電子工学の観点からの分類、走査方式や用途からの分類、などといった分類がある。
半導体テクノロジによる分類.
いわゆる半導体プロセス等の技術的方式からの分類である。現在、固体撮像素子の主流はCCDイメージセンサとCMOSイメージセンサである。いずれも光を検出して電荷を発生させるフォトダイオードを光電変換素子に使用するが、その構造の違いによる最も大きな特徴は、変換された電荷の転送方式が異なることである。CCDは隣同士で並んでいるセルに順番に電荷を受け渡すことで順次データを読み出す（シーケンシャルアクセス）方式のデバイスであるのに対し、CMOSセンサはメモリチップのようにロウとカラムで直接データを読み出す（ランダムアクセス）方式のデバイスであることである。構造の違いなどによる、両者の主な特徴をまとめると次のようになる。
有機光電変換膜.
配置による分類.
リニアイメージセンサ（一次元イメージセンサ、ラインイメージセンサ）と、エリアイメージセンサ（二次元イメージセンサ）に分類できる。前者が用いられている例にはファクシミリや複写機、イメージスキャナなどがあり、後者の例としてはビデオカメラやデジタルスチルカメラなどがある。
リニアイメージセンサは撮像素子を一列に配置したもので、広がりをもつ領域を撮像するには、対象物（文書など）をセンサ列と直角方向に走査（スキャン）する必要がある。対象物を移動させながらライン単位で撮影することで、一方向からでは全体を捕えられない立体物を撮影する（たとえば、円筒状の対象を回転させながら撮影）などの応用が可能である。また、エリアイメージセンサよりも高分解能を持つという特徴を生かし、ファックスなどの民生機器以外に変位センサや医療分野のスキャン装置にも応用されている。対象物自体が任意に動き回る場合の撮影には向かない。
以上は走査を前提とした応用であるが、一次元の情報のみで十分なため走査等をせず固定で利用される場合もある。銀塩カメラ時代の利用例として、オートフォーカスシステムの相関検出用に、画面中央部の横一列のパターンを取得するために使用していた。