直接型FPD主要由导电层、电介层、Se层、顶层电极、集电矩阵层、玻璃衬底、保护层，以及高压电源和输入输出电路组成。
集电矩阵由按阵元方式排列的TFT组成，a-Se涂覆在集电矩阵上。当X线照射a-Se层时，由于光电导性产生一定比例的电子-空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下，电子和空穴以电流形式沿电场移动，导致TFT的极间电容将电荷无丢失或散落地聚集起来，电荷量与入射X线光子成正比。每个TFT成为一个采集图像的最小单元（像素）。每个像素区域内形成一个场效应管，它起开关作用。读出时，某一行被给予电压，这一行的开关就被打开，电荷从被选中行的所有电容中按顺序逐一送到外电路。由于正负电荷主要沿电场线运动，只有在X线直接吸收的像素上才发生像素对电荷的收集，每个X线光子产生的电荷不会扩散到相邻像素中去。
在大型电路中将产生几个信号同时被读出，TFT被来自高速处理单元的地址信号激活时，聚集的电荷就会被以电信号的形式读取到高速信号处理单元中，经读出放大器放大后被同步地转换成数字信号。信号读出后，扫描电路自动清除Se层中的潜影和电路存储的电荷，以保证探测器的反复使用。
{直接转换FPD是直接将X线光子通过电子转换为数字化图像。X线透过人体后有不同程度的衰减，当作用于电子暗盒内的Se层时，由于X线的强弱不同，Se层光电导体按吸收X线能量的大小产生正负电荷对，顶层电极与集电矩阵间的高电压在Se层产生电场，使X线产生的正负电荷分离，正电荷移向集电矩阵储存于电容器内，矩阵电容器所储存的电荷与X线强度成正比。随后扫描控制器扫描电路，读取一个矩阵电容单元的电荷，将电信号转换为数字化信号，数字化图像数据在系统控制器内储存、处理，最后重建影像在监视器上显示。上述过程完成后，扫描控制器自动对电子暗盒内的感应介质进行恢复。}