Le document est posé contre une vitre. Sous cette vitre, un miroir et une source de lumière effectuent ensemble un passage. La source lumineuse éclaire le document au travers de la vitre. La lumière réfléchie par le document est renvoyée par le miroir mobile à un système optique qui le transmet à une batterie de capteurs de type CCD (Charged Couple Device). L'ordinateur se charge ensuite de recomposer l'image obtenue.
Puisque la lumière traverse deux fois la vitre, les images souffrent d'une légère diffusion de la lumière et d'une relative perte de luminosité. Il existe cependant d'excellents scanneurs à plat depuis la fin des années 1990.
En général, les numériseurs sont contrôlés par l'ordinateur via l'interface de programmation TWAIN ou WIA sous Windows ou SANE sous Linux.
Un problème fréquent lié à numérisation est le tramage, qui est une sorte de quadrillage qui apparait à l'impression de documents de type magazine, journaux ou revues d'art numérisés. Ce n'est pas à proprement parler un défaut du scanner mais au contraire cela prouve que le scanner perçoit trop bien les détails (les lignes d'impression). Ce phénomène peut être corrigé par le détramage, caractérisé par la formule j-d=po+p.