影片采用卡梅隆和搭档文斯·佩斯自主研发的3D摄影机进行拍摄。早在2000年的时候，卡梅隆和佩斯就在索尼的支持下开发一套新摄影系统，这便是后来的3D虚拟影像撷取摄影系统(Fusion
3-D Camera
System)，它在2003年二人合作的IMAX电影《深渊幽灵》中首次使用。随后卡梅隆又让同行帮着测试这套技术。经过在《非常小特务3D》、《立体小奇兵》、《地心游记3D》等影片中的多次使用与调整，该系统不仅适合于手持，而且与斯坦尼康、升降机、伸缩大摇臂、手推车等辅助设备很好地实现了结合。整个研发过程花费1400万美元，在完成拍摄之后将出租给其他影片剧组，以收回成本。
具体到《阿凡达》，它的拍摄主要使用由8台Sony HDC-F950数字电影摄像机及8部Sony CineAlta
F23数字电影摄影机组成的3D拍摄系统。系统包括8组3D摄影机，每一组由两台F950或者F23组成，分别架设于斯坦尼康、手持、在升降台以及手推车上。每组的两台摄影机的组合并不是简单的拼接，而是通过复杂的系统有机联为一体。为了充分模拟人眼的立体视觉，这种摄影机的双镜头不仅保持着2.5英寸的间隔，还能根据目标距离的远近像人眼球一样调整角度。它装配的不同滤镜会在被摄物进入镜头时移除图像的不同部分，传递给大脑一种视差错觉，最终形成3D视角。
运动控制系统是好莱坞常用的拍摄辅助设施，在近年来设备展当中也颇受欢迎。为了使镜头与摄影机配合良好，摄制组用了{zx1}一代的“运动控制”软件，预设好镜头和摄影机的动作。轨道、圆弧线等摄影机的动作，以及镜头的推拉摇移，都经过精密计算。摄影机和辅助设备指令和镜头指令分别通过软件传达给Camnet系统和Preston
FIZ系统，再由两个系统分别执行操作，配合非常默契。
《阿凡达》的摄影棚位于洛杉矶西部的Playa
Vista园区，占地280000平方英尺（合26012.851平方米）。摄影棚的工作区布置有3排工位，20多名技术人员分成3排坐在电脑显示器：前排是视频专家，中间是巨人工作室（Giant
Studios）公司的动作捕捉技术人员和Lightstorm
Entertainment公司的即时CG操作人员，{zh1}是视觉{tx}总监和维塔数码公司的脸部表情捕捉专家。
协同工作摄影机本身并没有镜头，只有一个LCD显示屏和用来记录演员的定位和朝向的标记器。定位信息随后被导入到{tx}转换器中处理，这个转换器在{dy}时间将包括演员和潘多拉景物的对应CG图像反馈到LCD屏幕上。它能够让制作人时刻观察到现场镜头中的虚拟场景，以保证{zh1}效果，比如：当身穿表演捕捉服的真人演员进行表演时，工作人员在虚拟摄像机中看到的是拥有10英尺高蓝色皮肤的纳威人在潘多拉星球上的场面。
为了从演员们的脸部采集到更多的数据，卡梅隆和来自新西兰的维塔数字的动画指导里奇·巴恩汉姆制造了一套面部表演捕捉还原系统（Facial
Performance Replacement），主要由脸部捕捉头戴设备（Facial Capture Head
Rig）以及辅助设备组成。头戴装置的核心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以及细微眼球活动，将演员95%的面部动作数据输入数据库以丰富CG虚拟角色（主要指纳美人）的动作表演，这比上一代在面部贴感应点的方法更真实。
卡梅隆在拍摄现场采用AVID剪辑2D影片，并用全3D的放映系统“Pod”进行监看。同时还有另一台现代（Hyundai）
46寸被动式眼镜的监视器。编辑工作采用的是Avid Media Composer 2.8.4和Nitris
DS，剪辑组将每日拍摄的左右眼两路视频分开剪辑，并使用AVID
Isis作为媒资存储系统，全部离线素材采用DNx36高清编码方式。剪辑小组工作进行到中途时，AVID发布了{zx1}的3.5版本，可以支持3D制作，但是工作组没有冒险升级系统，而是按照原来的方法进行下去。在方面，《阿凡达》的制作团队利用{zx1}版本的Sibelius和Pro
Tools完成全部的作曲和录制工作，使用M-Audio的和进行音频拾取和监听，使用两台Icon级联工作进行混音工作。
而的维塔数据中心的最主要工作就是图像的渲染，参与《阿凡达》制作的处理器达到40000个。维塔数据中心采用的是HP
BL2x220c刀片服务器。负责人乔·维尔每天站立在被称为“渲染墙”的计算机集群前。群集系统是皮克斯出品的，采用
“阿尔弗雷德”多任务阶梯式架构，把一个大任务分成数千个独立的小单元来处理。每当有CPU完成任务空闲，就会被随机分配新的任务。在高峰时段，《阿凡达》每天要处理10000多个任务，也就是大约1300-1400万个小单元，每秒7-8GB要处理的数据，有时要24小时运行。为保持机房平稳运转，维塔数据中心装配了强制水冷设备，并提升地板以增强散热。
《阿凡达》在世界范围内以三种画幅比发行，每一画幅比又包含2D和3D版本，为了完成影片巨大的多版本制作工作量，Modern
VideoFilm建立了一套后期制作生产流程——所有的镜头首采集进中央核心存储系统后读取到Quantel
Pablo系统，利用其“所见即所得”的实时立体制作工具对每个镜头画面的立体效果进行修饰和调整；之后进行立体母版套片编辑和精细实时编辑；再完成母版的调色和细节的修缮；{zh1}完成立体影像对白字幕制作。而3D立体影像字幕是件非常复杂的工作，字幕必须摆在一个不与影片中的3D内容相冲突的位置。
