《阿凡达》的与众不同,从摄影机上就可以体现。影片采用詹姆斯·卡梅隆自主研发的3-d摄影机进行拍摄,而这项技术的发展也历经多年。早在2000年的时候,卡梅隆和拍档文斯·佩斯就开始在索尼的支持下开发一套新摄影系统,这种系统使用两台索尼hdcf950 hd摄像机进行拍摄,目的是创造出具有立体实感的环境,这便是后来的3-d虚拟影像撷取摄影系统(fusion 3-d camera system)。在2003年二人合作的imax电影《深渊幽灵》中,这项技术首次得到应用。
《阿凡达》使用了创新的面部捕捉头戴设备(facial capture head rig),在每个进行“表演捕捉”的演员头上佩戴一套摄像装置。这个头戴装置的核心便是一个离演员面部只有几英寸距离的微缩高清摄像头。它能用广角镜头记录下演员面部最微妙的表情变化,将演员95%的面部动作传送给计算机里的虚拟角色,使得最后由电脑生成的cg角色与真人演员无异。