Restlichtverstärker, Bildverstärker und Bildwandler bilden generell das Herzstück eines Nachtsichtgerätes und machen das Sehen bei Dunkelheit überhaupt erst möglich.

Bei einem Bild- bzw. Restlichtverstärker handelt es sich prinzipiell um eine spezielle Elektronenröhre, die aus einer Photokathode, die als sogenannte Kathode dient, und einem mit Phosphor beschichteten Leuchtschirm besteht, welcher in diesem Fall die Anode darstellt. Bei Kathoden und Anoden handelt es sich beiderseits um spezielle Elektroden, wobei eine Kathode Elektronen an ein Vakuum abgeben kann, welche wiederum von einer Anode aufgenommen werden können.

Die Photokathode kann der Einfachheit halber auch als ein Photonendetektor beschrieben werden, welcher auftreffende Photonen (Licht oder Restlicht) in Elektronen umwandelt. Die so entstandenen Elektronen werden in das Vakuum der Elektronenröhre abgegeben und mithilfe einer Hochspannung und dem daraus resultierenden elektrischen Feld beschleunigt und so auf den phosphorbeschichteten Leuchtschirm, die Anode, „geschossen“. Auf diese Weise wird in einem Bild- oder Restlichtverstärker auch die geringste Lichtmenge erheblich verstärkt, sodass diese vom menschlichen Auge erfasst werden kann. Je nach Spektralbereich der Photokathode kann auch für das menschliche Auge unsichtbares Licht, wie Infrarot oder Ultraviolett verstärkt bzw. in für den Menschen sichtbares Licht umgewandelt werden. Man spricht in einem solchen Fall von einem „Bildwandler“.

Nachtsichtgeräte verfügen zumeist zudem über einen sogenannten Inverter. Der Inverter ermöglicht aufgrund der in ihm enthaltenen Fokussierelektroden ein individuelles Regeln des Abstandes zwischen der Photokathode und dem Leuchtschirm und somit auch des elektrischen Feldes. Hierdurch ergibt sich für den Benutzer eines Nachsichtgerätes die Möglichkeit, das Eingangsbild zu vergrößern oder zu verkleinern.