L’image numérique est composée d’une matrice (tableau) de points à plusieurs dimensions, chaque dimension représentant une dimension spatiale (hauteur, largeur, profondeur), temporelle (durée) ou autre.

Dans le cas des images à deux dimensions (le plus courant), les points sont appelés pixels.

D'un point de vue mathématique, on considère l'image comme une fonction de \(\mathbb{R} \times \mathbb{R}\) dans \(\mathbb{R}\) où le couple d'entrée (i, j) est considéré comme une position spatiale, le singleton de sortie comme un codage de la couleur du pixel (détaillé page suivante).

Ce type d'image s'adapte bien à l'affichage sur écran informatique (lui aussi orienté pixel) ; il est en revanche peu adapté pour l'impression, car la résolution (définition ci-dessous) des écrans informatiques, généralement de 72 à 96 ppp (ppp ou « points par pouce », en anglais dots per inch ou dpi) est bien inférieure à celle atteinte par les imprimantes, au moins 600 ppp aujourd'hui.

Le principe est de représenter les données de l'image par des formules géométriques qui vont pouvoir être décrites d'un point de vue mathématique. Cela signifie qu'au lieu de mémoriser une mosaïque de points élémentaires, on stocke la succession d'opérations conduisant au tracé. Par exemple, un dessin peut être mémorisé par l'ordinateur comme « une droite tracée entre les points (x1, y1) et (x2, y2) », puis « un cercle tracé de centre (x3, y3) et de rayon 30 de couleur rouge ».

L'avantage de ce type d'image est la possibilité de l'agrandir indéfiniment sans perdre la qualité initiale, ainsi qu'un faible encombrement. L'usage de prédilection de ce type d'images concerne les schémas qu'il est possible de générer avec certains logiciels de DAO (Dessin Assisté par Ordinateur). Ce type d'images est aussi utilisé pour les animations.

Les images matricielles sont définies par leur définition et leur résolution.

La définition d'une image est définie par le nombre de points la composant. Pour une image numérique, cela correspond au nombre de pixels qui composent l'image en largeur (axe horizontal) et en hauteur (axe vertical) : 200 pixels par 450 pixels par exemple, abrégé en « 200 × 450 ».

La résolution d'une image est définie par un nombre de pixels par unité de longueur de la structure à numériser (classiquement en ppp). Ce paramètre est défini lors de la numérisation (passage de l’image sous forme binaire), et dépend principalement des caractéristiques du matériel utilisé lors de la numérisation. Plus le nombre de pixels par unité de longueur de la structure à numériser est élevé, plus la quantité d'information qui décrit cette structure est importante et plus la résolution est élevée. La résolution d'une image numérique définit le degré de détail de l’image. Ainsi, plus la résolution est élevée, meilleure est la restitution. Cependant, augmenter la résolution peut entraîner des temps de visualisation et d'impression plus longs, et conduire à une taille trop importante du fichier contenant l'image et à de la place excessive occupée en mémoire.