LISA bestaat uit drie ruimtevaartuigen die hun onderlinge afstand in de gaten houden met laserstralen. Wanneer die afstand op en neer golft, weet de detector dat er een zwaartekrachtsgolf passeert. LISA wordt zó gevoelig dat ze bij bepaalde golflengtes al variaties opmerkt zo klein als een atoomkern. Dat is ook nodig omdat de tot nu nog niet gedetecteerde superzware zwarte gaten miljarden lichtjaren ver weg liggen, en dus zijn hun zwaartekrachtsgolven afgezwakt als ze aankomen in ons zonnestelsel.

LISA achtervolgt de Aarde in een baan om de Zon, op ruim vijftig miljoen kilometer achterstand. Met armen van 2,5 miljoen kilometer is LISA in staat om trillingen met veel langere golflengtes te meten dan de detectoren op aarde zoals LIGO en Virgo. Daarmee kan ze luisteren naar superzware zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s die om elkaar heen draaien en daarbij langere golflengtes produceren. LIGO en Virgo zijn alleen gevoelig voor botsingen tussen stellaire zwarte gaten en neutronensterren op tientallen miljoenen lichtjaren, omdat de bijbehorende korte golflengtes passen bij hun relatief korte meetarmen. Ook golven uit het verre heelal hebben lange golflengtes, zoals die van de chaotische periode vlak na de oerknal en van de eerste zaadjes van superzware zwarte gaten.