Die Elektronenmultiplikation ist ein Vorgang, der direkt auf dem EMCCD-Chip hinter dem Seriellregister stattfindet und bei dem das Signal so stark verstärkt wird, dass das Ausleserauschen überwunden und selbst extrem schwache Signale erfasst werden können.
Das EM-Prinzip basiert auf der Bewegung der Ladung durch den Bereich des Multiplikationsregisters (eine Reihe tieferer Potentialmulden) – beim „Eintauchen“ des Elektrons in eine Mulde kommt es zu einem Prozess der Stoßionisation Ionisation) und die Entstehung eines weiteren Elektrons. Gleichzeitig entsteht ein spezifisches Rauschen, das durch die Ladungsverschiebung induziert wird, die sogenannte „Clock-induced Charge“. Diese Art von Rauschen tritt auch bei herkömmlichen CCDs auf, wo es jedoch vernachlässigbar ist (geringer als das Ausleserauschen); bei EMCCDs erhöht er sich jedoch durch die Verstärkung – in definierter Menge kann er zur Ladung addiert werden und eine Verstärkung (Gain) von bis zu 1000x erzeugen. Bei dieser Strategie der Signalverstärkung ist es wichtig, das Temperaturrauschen durch eine sehr intensive Kühlung des Sensors auf ein Minimum zu beschränken.
