Vou fazer um exemplo que como campos (para além de ficheiro, imagem) vai ter input para nome e outro para email:

Isto é um exmplo funcional:

    <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/2.1.1/jquery.min.js"></script>
    <div class="container">
      <form class="formulario" enctype="multipart/form-data" method="post">
        <input class="nome" type="text" name="nome" placeholder="Nome" />
        <input class="email" type="text" name="email" placeholder="E-Mail" />
        <input class="arquivo" type="file" name="arquivo" />
        <input class="enviar" type="submit" value="Enviar Dados" />
      </form>
      <div class="resp"></div>
    </div>
    <script>
    $('.formulario').submit(function() {
        var form_data = new FormData();
        form_data.append('arquivo', $('input.arquivo').prop('files')[0]);
        form_data.append('nome', $('input.nome').val());
        form_data.append('email', $('input.email').val());
        $.ajax({
            url: 'upload.php', // caminho para o script que vai processar os dados
            type: 'POST',
            data: form_data,
            cache: false,
            contentType: false,
            processData: false,
            success: function(response) {
                $('.resp').html(response);
            },
            error: function(xhr, status, error) {
                alert(xhr.responseText);
            }
        });
        return false;
    });
    </script>

No lado servidor, `upload.php`:

    <?php
    echo 'Campos: ' .json_encode($_POST). '<br>'; // dados enviados pelo metodo POST, ficheiros não incluidos
    echo 'Ficheiros: ' .json_encode($_FILES). '<br><br>'; // ficheiros enviados
    $nome = htmlentities(trim($_POST['nome']));
    $email = htmlentities(trim($_POST['email']));

    $tamanho_max = 2097152; // 2 megabytes
    $allowed_exts = array('jpg', 'jpeg', 'png', 'gif');

    $erro = array();
    if ($nome === '') {
        $erro[] = "Digite seu nome";
    }
    if (!filter_var($email, FILTER_VALIDATE_EMAIL)) {
        $erro[] = "Digite um e-mail válido";
    }
    if(!isset($_FILES['arquivo'])) {
        $erro[] = 'O arquivo é obrigátorio';
    }
    else {
        $arquivo = $_FILES['arquivo'];
        if ($arquivo['size'] > $tamanho_max) {
            $MB = $tamanho_max/1024/1024;
            $erro[] = 'O limite do arquivo é de ' .$MB. ' megabytes';
        }
        $ext = explode('.', $arquivo['name']);
        $ext = end($ext);
        if (!in_array(strtolower($ext), $allowed_exts)) {
            $erro[] = 'Os tipo do arquivo permitidos são: ' .implode(', ', $allowed_exts);
        }
    }
    if (count($erro) < 1) {
        $ext = explode('.', $arquivo['name']);
        $ext = end($ext);
        $filename = md5(time()). '.' .$ext; // destino e nome do ficheiro, neste caso será na mesma pasta onde está este código php
        move_uploaded_file($arquivo['tmp_name'], $filename);
        echo '<b>Dados enviados com sucesso</b><br>Nome: ' .$nome. '<br>Email: ' .$email. '<br>Imagem (' .$arquivo['name']. '): ' .__DIR__.'/'.$filename;
    }
    else {
        $err_msg = '<ul><b>Erros:</b><br>';
        foreach ($erro as $err) {
            $err_msg .= '<li>' . $err . '</li>';
        }
        $err_msg .= '</ul>';
        echo $err_msg; // mensagem returnada, isto vai ser o conteudo da resposta, (response do lado cliente)
    }