Le décalage temporel et intégration, TDI, (« Time-Delay and Integration ») est analogue à enregistrer des expositions multiples du même objet en mouvement et de les ajouter.
Cette addition s'effectue automatiquement dans le puits de charge et c'est la synchronisation temporelle du capteur qui produit les images multiples. Comme application typique du TDI, on considère un simple objectif de caméra qui inverse l'image de l'objet afin qu'elle se déplace à l'opposé du mouvement de l'objet. Comme l'image est balayée le long de la matrice, les paquets de charge sont synchronisés à la même vitesse. Pour un scanner à plat, le document est fixe et la caméra ou un miroir se déplace. La figure 13 illustre le fonctionnement de quatre détecteurs en mode TDI. Au temps T1 l'image est sur le premier détecteur et crée un paquet de charge. A T2, l'image s'est déplacée au second détecteur. Simultanément, l'horloge pixel déplace le paquet de charge vers le puits du second détecteur. Ici, l'image crée une charge additionnelle qui est additionnée à la charge créée par le premier détecteur. Le signal (charge) augmente ainsi linéairement avec le nombre de détecteurs en TDI. Le bruit augmente également mais comme la racine carrée du nombre d'éléments en TDI, NTDI. Il en résulte ainsi une augmentation du rapport signal/bruit en NTDI 1/2 . C'est la capacité du puit qui limite le nombre maximum d'éléments TDI qui peuvent être utilisés.
Pour que ce concept de TDI fonctionne correctement, il faut toujours que le paquet de charge soit synchronisé avec l'image en déplacement. La précision avec laquelle la vitesse de l'image est connue limite donc drastiquement l'utilisation des systèmes TDI.