Para que este efeito funcione, há necessidade de capturar e projetar a imagem em sistemas similares, compatíveis e padronizados. O instrumento utilizado para captação de imagens é a câmera cinematográfica, composta por elementos óticos e mecânicos (e modernamente alguns eletrônicos que regulam com maior precisão suas funções) que capturam uma sucessão de imagens, como uma câmera fotográfica contínua.
Para visualizar estas imagens, é preciso um aparelho projetor , que funciona analogamente à câmera. Uma diferença, entretanto, é que o obturador dos projetores não são divididos em duas metades de 180º, como as câmeras, e sim divididos em 3 partes, sendo que uma imagem permanece na tela por 2/3 do tempo, e não por 1/2 tempo. Isso reduz a flicagem da troca de imagens e melhora a sensação de movimento contínuo.
Mas a principal diferença entre ambos é que a câmera é dotada de um sistema de lentes para possibilitar a entrada de luz e imprimir uma película interna; e o projetor é dotado de um sistema de lentes e uma lâmpada interna cuja função é promover a saída da luz de seu interior. No caminho, a luz perpassa uma transparência (o filme diapositivo) e a lente forma a imagem do fotograma para fora do aparelho, fazendo assim o percurso inverso ao da câmera.
O melhor suporte para gravar esta imagem é o fotográfico, em que se tem justamente uma imagem formada sobre uma base transparente, possibilitando sua projeção tanto para cópia como para exibição ampliada da imagem original.
O princípio de captação de imagem no cinema é regido por um sistema mecânico presente nas câmeras de cinema conhecido como mecanismo de TRAÇÃO, e tem como principais elementos a GRIFA e o OBTURADOR. Através deste mecanismo duplo, o filme é puxado intermitentemente, sendo que mantém-se estável por uma fração de segundo e é novamente puxado numa outra fração, permitindo que a imagem seja registrada fotograficamente como uma sucessão de imagens estáveis, que ao serem projetadas por mecanismo similar, darão a ilusão de movimento.
O obturador é um semi-círculo que gira continuamente sobre um eixo central, sendo que quando está passando sua parte aberta, o fotograma está sendo exposto, e quando está passando sua parte opaca, o fotograma está sendo trocado pela grifa.
Este movimento sucessivo imprime vários fotogramas por segundo (a velocidade padrão é 24 f.p.s.), como se fossem tiradas várias fotos em seqüência de um determinado assunto.
2) Obturador se fecha, e a película pára de ser exposta. Neste momento coincide com a grifa que pegou uma perfuração e puxa o filme, colocando outro fotograma, ainda virgem, na janela.
4) Obturador novamente aberto, expondo o próximo fotograma, enquanto a grifa já está se movimentando para engatar na próxima perfuração e puxar mais uma vez o filme. Este movimento é contínuo, resultando assim na tração do filme que, ao passar pela janela da câmera (onde está a grifa e o obturador), mantém cada fotograma exposto por uma fração de segundo, suficiente para registrar uma imagem ou projetá-la (movimento intermitente). Isso é feito 24 vezes durante um segundo, na velocidade padrão de captação em cinema. O mesmo sistema é utilizado na projeção, mas com obturador dividido em 3 partes.
A mesma experiência que Eadweard Muybridge fez em 1878 com uma série de câmeras fotográficas dispostas em fila e fotografado o movimento de um cavalo, é reproduzida numa câmera de cinema através deste mecanismo, obtendo assim uma sucessão de imagens (figura à direita).
A razão pela qual esse sistema simula, ou antes, reproduz um movimento através de uma ilusão é motivo de certa controvérsia. Tradicionalmente, a mais aceita teoria que explica a sensação de movimento é a chamada Persistência da Retina, fenômeno pela primeira vez descrito em 1826 pelo médico Peter Mark Roget. Este fenômeno consiste na capacidade da retina em manter por uma fração de segundo uma imagem, mesmo depois desta haver mudado. As células fotossensíveis da retina, os cones e bastonetes, transformam a energia luminosa em impulsos bio-elétricos, e estes são enviados para o cérebro, que então os interpreta como imagem. Por isso, em última análise, poderíamos dizer que é o cérebro que realmente "vê". Mesmo depois do cérebro ter recebido os impulsos, a retina continua mandando informações, por aproximadamente 1/10 de segundo após o último estímulo luminoso. Por este motivo, se uma imagem for trocada numa velocidade maior do que esta, elas tendem a fundir-se no cérebro, provocando a sensação de movimento contínuo.
Foi o físico belga Joseph-Antoine Plateau quem mediu pela primeira vez este tempo da persistência retiniana, por volta de 1830, permitindo assim que diversos aparelhos de reprodução de imagens em movimento pudessem ser desenvolvidos, como o Taumatropo, o Praxinoscópio, o Zootropo, Fenaquistoscópio, além do próprio Kinetoscópio de Edison e o Cinematógrafo dos irmãos Lumière. Isso sem mencionar uma longa série de outros com nomes mais esdrúxulos, e que constam dos anais da História do Cinema.
Uma outra teoria é citada por Arlindo Machado em seu livro Pré-Cinemas e Pós-Cinemas, segundo o qual o psicólogo Max Wertheimer em 1912 descobriu um fenômeno de ordem psíquica a que ele denominou Phi: "se dois estímulos são expostos aos olhos em diferentes posições, um após o outro e com pequenos intervalos de tempo, os observadores percebem um único estímulo que se move da posição primeira à segunda."