Les systèmes embarqués à bord des satellites comportent de multiples instruments dont les fonctions sont variées. Toutefois, pour une mission donnée, les instruments de la charge utile ont des fonctions bien particulières. Il s'agit le plus souvent de capteurs qui ont pour vocation d'effectuer des mesures du rayonnement émis ou rémis par la Terre, l'atmosphère ou divers objets de l'Univers, ou bien de dispositifs de réception et de réémission de signaux, quand il s'agit de missions de télécommunications, par exemple.

Deux grandes familles de capteurs sont identifiables : les capteurs non-imageurs et les capteurs-imageurs, ces derniers restituant sous forme d'images les observations effectuées dans un champ donné.

Parmi les capteurs-imageurs, deux principes de fonctionnement existent, illustrés par les figures ci-dessous.