מצלמה צבעונית רגילה מסכמת את האור בכמה ערוצים רחבים. מצלמה היפרספקטרלית מפרידה אותו למספר רב של תחומים צרים וסמוכים. במקום שלושה ערכי צבע לכל פיקסל, מתקבל רצף מדידות לפי אורך גל. התוצאה מתוארת לעיתים כקוביית נתונים: שני ממדים של תמונה ועוד ממד ספקטרלי.
חומרים שונים בולעים ומחזירים אור בדרכים שונות. השוואת המדידה לחתימות מוכרות מאפשרת למפות צמחייה, מינרלים או גזים, בתנאים המתאימים. מערכת AVIRIS של מעבדת ההנעה הסילונית מדגימה את הגישה במדידות מהאוויר; מערכות המשך משמשות בין היתר למיפוי פליטות מתאן. צבעים בולטים בתמונה מעובדת מייצגים לעיתים מדידה שאינה נראית לעין.
הפענוח תלוי בתאורה, באטמוספרה, בכיול ובערבוב של חומרים בתוך אותו פיקסל. לכן אין מדובר במצלמה שמזהה כל חומר בוודאות או רואה דרך כל מכשול. החיבור ל־AI הוא בעיבוד כמויות הנתונים ובאיתור דפוסים, ולחישה מרחוק בשאלה מה אפשר ללמוד ללא מגע. בדיון על תיעוד חריג, מידע ספקטרלי מוסיף שכבת מדידה מעבר לצורה ולצבע שנראים בסרטון רגיל.