形象地說，高光譜傳感器將信息收集為一組“圖像”。每個圖像代表電磁波譜的一個窄波長范圍，也稱為光譜帶。這些“圖像”組合起來形成一個三維(x，y，λ)高光譜數據立方體進行處理和分析，其中x和y代表場景的兩個空間維度，λ代表光譜維度(包括一系列波長)。

從技術上講，傳感器對高光譜立方體進行采樣的方式有四種：空間掃描、光譜掃描、快照成像和空間光譜掃描。

高光譜立方體是由機載傳感器(例如 NASA機載可見光/紅外成像光譜儀(AVIRIS))或衛星(例如 NASA EO-1及其高光譜儀器 Hyperion)生成的。然而，許多開發和驗證研究都使用手持式傳感器。

這些傳感器的精度通常以光譜分辨率來衡量，即捕獲的光譜的每個波段的寬度。如果掃描儀檢測到大量相當窄的頻帶，則即使僅以少數像素捕獲物體，也可以識別物體。然而，空間分辨率是光譜分辨率之外的一個因素。如果像素太大，則同一像素中會捕獲多個物體，從而難以識別。如果像素太小，則每個傳感器單元捕獲的強度較低，并且降低的信噪比會降低測量特征的可靠性。

高光譜圖像的采集和處理也稱為成像光譜。