Alle analoge nattsynsenheter deler flere hovedkomponenter som består av et objektivt objektiv, et øyestykke, en strømforsyning, en bildeforsterkende fotokatode og fotomultiplikator. De to sistnevnte kombinert blir ofte referert til som et bildeforsterkerrør. 

Intensivering av bildet 
Utvilsomt ligger den virkelige magien i bildeforsterkerrøret - som er satt i helt grunnleggende termer - absorberer fotoner (lysenergi) og frigjør elektroner (elektrisk energi) før de konverteres til lys igjen i form av et bilde. 

Med den forståelsen i tankene, la oss dykke litt dypere i hvordan det hele fungerer. 

På fronten av en nattsynsenhet er en objektiv linse, som har til oppgave å samle all tilgjengelig omgivelses- og kunstig infrarød energi før du får den til et elektronisk drevet bildeforsterkningsrør. 

Disse fotonene går gjennom en fotokatode, som konverterer dem til elektroner. Disse elektronene går videre til en mikrokanalplate (MCP) hvor de forsterkes med en faktor tusenvis gjennom en elektrisk og kjemisk kjedereaksjon som opprettes når de påvirker mikrokanalveggene. Disse effektivt superladede elektronene smeller deretter til en skjerm belagt i fosforer der de når en opphisset tilstand, og frigjør fotoner, eller synlig lys, som kan sees gjennom et øyeverk. 

Bildet vil fremstå som en tydelig og skarp forsterket gjenskapelse av scenen du ser på, men i en kombinasjon av greener og svarte toner.

Digitale nattsynsenheter fungerer annerledes enn analoge enheter, ved at lys som kommer inn i objektivlinsen transformeres til et digitalt signal av en bildesensor av enten Complementary Metal Oxide Semiconductor-sensoren (CMOS), eller Charge Coupled Device (CCD)-varianten. Dette er de samme teknologiene som brukes i alle digitale kameraer.

Det digitale bildet forbedres flere ganger før det kan vises på enhetens skjerm. Jo større CMOS- eller CCD-sensorpikselstørrelsen er, desto bedre vil den yte i redusert lys. SIONYX, som et eksempel, har patentert teknologi som forbedrer følsomheten for nær infrarøde (NIR) bølgelengder og gir derfor bedre ytelse ved lavt lys. Dens CMOS-sensorer produserer ekstremt god ytelse ved lite lys, takket være en kombinasjon av patentert teknologi og en mye større piksel for å samle inn innkommende lys. For øyeblikket er SIONYXs mest følsomme sensor XQE-1350, som produserer et imponerende bilde på 1.3 megapiksler med mindre enn 1mLux.

Et alternativ til nattsyn er et termisk bilde. I stedet for å søke etter lys å forstørre, oppdager en termisk avbildning infrarød stråling ved hjelp av mikrobolometre som endrer motstand basert på deres temperatur. Denne endringen i motstand kan måles og konverteres til et synlig bilde av tusenvis av mikrobolometerpiksler. Alle objekter avgir et visst nivå av termisk infrarødt lys; jo varmere en gjenstand er, jo mer stråling avgir den, og desto mer vil lys endre motstanden til hvert bolometer.

Oppløsningen er vanligvis langt etter dagens nattsynsenheter, men allikevel er måldeteksjonsområdet vanligvis større. Tommelfingerregelen er jo høyere oppløsningen er, desto mer kapabel er enheten og desto mer koster den. Fordi oppløsningen er lavere enn analoge eller digitale nattsynsenheter, er termiske bilder vanskeligere å tolke og gjenkjenne objektdetaljer og landskapet. Videre, hvis alle objekter i en gitt scene har samme temperatur, er det veldig liten kontrast mellom dem.

Helt i bunnen av nattsynsmarkedet er leker annonsert som nattsynsenheter for de upretensiøse. Disse enhetene er vanligvis billige og hevder at brukeren kan se i mørket. En lommelykt av fin kvalitet er langt mer effektiv på oppgaven.

På sitt beste kan disse enhetene tilby lignende ytelse som rimelige innendørs sikkerhetskameraer utstyrt med nattmodus. For å produsere et kvasi-synlig bilde i et lite lysmiljø, er en ekstern infrarød illuminator eller en filtrert lyskilde nødvendig. Selv da er bildet bare synlig på veldig nære avstander, og vanligvis mest effektivt innenfor rammen av et lite rom med lysfargede, reflekterende vegger.

Under lite / ingen lysforhold, selv ved hjelp av en kunstig lyskilde, tilbyr disse enhetene ekstremt begrenset rekkevidde og lider av overdreven, skjemmende elektronisk støy. Alt som er utenfor avstanden til flombelysningen, vil være ugjenkjennelig.

Selv om disse nyhetsenhetene bruker en digital sensor, bør de ikke forveksles med CMOS-utstyrte digitale nattsynsenheter av høy kvalitet.