สถานีควบคุมการจราจรทางอากาศภาคพื้นดิน (ATC) ประกอบด้วยระบบเรดาร์สองระบบและส่วนประกอบสนับสนุนที่เกี่ยวข้อง ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดคือ PSR (Primary Surveillance Radar) หรือที่เรียกว่า เรดาร์แบบแสดงผลบนผิว ( skin paint radar ) เพราะมันไม่ได้แสดงสัญลักษณ์เป้าหมายแบบสังเคราะห์หรือตัวเลข แต่แสดงเป็นจุดหรือพื้นที่สว่าง (หรือมีสี) บนหน้าจอเรดาร์ที่เกิดจากการสะท้อนพลังงานคลื่นวิทยุจาก "ผิว" ของเป้าหมาย กระบวนการนี้ไม่ต้องอาศัยความร่วมมือจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินเพิ่มเติม เรดาร์จะตรวจจับและแสดงวัตถุสะท้อนแสงภายในระยะการทำงานของเรดาร์ ข้อมูล เรดาร์ตรวจอากาศจะแสดงในโหมดแสดงผลบนผิว เรดาร์ตรวจการณ์หลักอยู่ภายใต้สมการเรดาร์ที่ระบุว่าความแรงของสัญญาณจะลดลงตามกำลังสี่ของระยะทางไปยังเป้าหมาย วัตถุที่ตรวจพบโดยใช้ PSR เรียกว่าเป้าหมายหลัก

ระบบที่สองคือเรดาร์ตรวจการณ์รองหรือ SSR ซึ่งอาศัยทรานสปอนเดอร์ที่ติดตั้งอยู่บนเครื่องบินที่กำลังติดตาม ทรานสปอนเดอร์จะส่งสัญญาณเมื่อถูกเรดาร์รองสอบถาม ในระบบที่ใช้ทรานสปอนเดอร์ สัญญาณจะลดลงตามกำลังสองผกผันของระยะห่างจากเป้าหมาย แทนที่จะเป็นกำลังสี่เหมือนในเรดาร์หลัก ส่งผลให้ระยะการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับระดับกำลังส่งที่กำหนด ทรานสปอนเดอร์ยังสามารถส่งข้อมูลที่เข้ารหัสเกี่ยวกับเครื่องบิน เช่น รหัสประจำตัวและระดับความสูงได้อีกด้วย

ระบบ SSR ประกอบด้วยเสาอากาศ หลัก และ เสาอากาศ แบบรอบทิศทาง (Omni) ในหลายๆ สถานีเก่าๆ เสาอากาศรุ่นใหม่กว่า (ดังในภาพด้านข้าง) จะถูกจัดกลุ่มเป็นเสาอากาศซ้ายและขวา โดยแต่ละด้านจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฮบริดซึ่งรวมสัญญาณเข้าด้วยกันเป็นช่องสัญญาณผลรวมและผลต่าง สถานีบางแห่งมีทั้งเสาอากาศผลรวมและผลต่าง รวมถึงเสาอากาศแบบรอบทิศทางด้วย เครื่องบินตรวจการณ์เช่น AWACS จะมีเฉพาะเสาอากาศผลรวมและผลต่างเท่านั้น แต่ก็สามารถรักษาเสถียรภาพในอวกาศได้โดยการเลื่อนเฟสของลำแสงลงหรือขึ้นเมื่อเอียงหรือหมุน เสาอากาศ SSR มักจะติดตั้งเข้ากับเสาอากาศ PSR เพื่อให้ชี้ไปในทิศทางเดียวกันเมื่อเสาอากาศหมุน เสาอากาศแบบรอบทิศทางจะติดตั้งอยู่ใกล้และสูง โดยปกติจะอยู่บนยอดของเรโดมหากมี อุปกรณ์สอบถามโหมด S ต้องการช่องสัญญาณผลรวมและผลต่างเพื่อให้ สามารถ ส่งสัญญาณแบบโมโนพัลส์เพื่อวัดมุมนอกแนวแกนของการตอบกลับของทรานสปอนเดอร์

ระบบ SSR จะส่งสัญญาณสอบถามซ้ำๆ ขณะที่เสาอากาศเรดาร์หมุนสแกนท้องฟ้า สัญญาณสอบถามจะระบุประเภทของข้อมูลที่ทรานสปอนเดอร์ที่ตอบกลับควรส่งโดยใช้ระบบโหมดต่างๆ ในอดีตมีการใช้โหมดหลายโหมด แต่ปัจจุบันใช้กันทั่วไป 4 โหมด ได้แก่ โหมด 1, โหมด 2, โหมด 3/A และโหมด C โหมด 1ใช้ในการจำแนกเป้าหมายทางทหารในระหว่างภารกิจโหมด 2ใช้ในการระบุภารกิจของเครื่องบินรบโหมด 3/Aใช้ในการระบุเครื่องบินแต่ละลำในพื้นที่ครอบคลุมของเรดาร์ และโหมด Cใช้ในการขอ/รายงานระดับความสูงของเครื่องบิน

โหมดอีกสองโหมด คือ โหมด 4 และโหมด S ไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบ ATCRBS แต่ใช้ฮาร์ดแวร์ส่งและรับสัญญาณเดียวกันโหมด 4ใช้โดยเครื่องบินทหารสำหรับ ระบบ ระบุมิตรหรือศัตรู (IFF) โหมด Sเป็นการสอบถามแบบเลือกเฉพาะ ไม่ใช่การออกอากาศทั่วไป ซึ่งอำนวยความสะดวกให้กับระบบ TCASสำหรับเครื่องบินพลเรือน ทรานสปอนเดอร์โหมด S จะไม่สนใจการสอบถามที่ไม่ระบุรหัสประจำตัวที่ไม่ซ้ำกัน ซึ่งช่วยลดความแออัดของช่องสัญญาณ ในสถานีเรดาร์ SSR ทั่วไป การสอบถาม ATCRBS, IFF และโหมด S จะถูกส่งสลับกันไป บางสถานที่ทางทหารและ/หรือเครื่องบินก็อาจใช้โหมด S ด้วยเช่นกัน

สัญญาณตอบกลับจากเรดาร์ทั้งสองตัวที่สถานีภาคพื้นดินจะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุมการจราจรทางอากาศ (ATC) โดยใช้ลิงก์ไมโครเวฟ ลิงก์ โคแอกเซียลหรือ (สำหรับเรดาร์รุ่นใหม่) เครื่องแปลงสัญญาณดิจิทัลและโมเด็มเมื่อได้รับข้อมูลที่ศูนย์ ATC แล้ว ระบบคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่าตัวประมวลผลข้อมูลเรดาร์จะเชื่อมโยงข้อมูลตอบกลับกับเป้าหมายหลักที่ถูกต้องและแสดงผลถัดจากเป้าหมายบนจอเรดาร์

อุปกรณ์ที่ติดตั้งในเครื่องบินนั้นค่อนข้างเรียบง่ายกว่า โดยประกอบด้วยตัวส่งสัญญาณตอบรับ (transponder) ซึ่งโดยปกติจะติดตั้งอยู่ในแผงหน้าปัดหรือ แร็ค อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ เสาอากาศ UHF ย่านความถี่ L ขนาด เล็ก ซึ่งติดตั้งอยู่ด้านล่างของลำตัวเครื่องบินเครื่องบินพาณิชย์หลายลำยังมีเสาอากาศอยู่ด้านบนของลำตัวเครื่องบินด้วย และลูกเรือสามารถเลือกใช้เสาอากาศอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองอย่างได้

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ที่ติดตั้งจะรวมถึงตัวเข้ารหัสความสูง (altitude encoder) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่เชื่อมต่อทั้งกับทรานสปอนเดอร์และระบบสถิตของเครื่องบิน อุปกรณ์นี้จะให้ข้อมูลความสูงตามความดันอากาศ ของเครื่องบิน แก่ทรานสปอนเดอร์ เพื่อให้ทรานสปอนเดอร์สามารถส่งต่อข้อมูลไปยังศูนย์ควบคุมการจราจรทางอากาศ (ATC) ได้ ตัวเข้ารหัสใช้สายไฟ 11 เส้นในการส่งข้อมูลความสูงไปยังทรานสปอนเดอร์ในรูปแบบของรหัสกิลแฮม (Gillham Code ) ซึ่งเป็นรหัสเกรย์แบบไบนารีที่ดัดแปลงแล้ว

ทรานสปอนเดอร์มีชุดควบคุมที่จำเป็นเพียงเล็กน้อยและใช้งานง่าย มีวิธีการป้อนรหัสทรานสปอนเดอร์ สี่หลัก หรือที่เรียกว่ารหัสบีคอนหรือรหัสสควอกและปุ่มควบคุมสำหรับส่งสัญญาณระบุตัวตนซึ่งจะทำตามคำขอของผู้ควบคุมการจราจรทางอากาศ (ดูพัลส์ SPI ด้านล่าง) โดยทั่วไปทรานสปอนเดอร์มีโหมดการทำงาน 4 โหมด ได้แก่ ปิด, สแตนด์บาย, เปิด (โหมด A) และโหมด Alt (โหมด C) โหมดเปิดและโหมด Alt แตกต่างกันเพียงแค่โหมดเปิดจะระงับการส่งข้อมูลระดับความสูงใดๆ โหมดสแตนด์บายช่วยให้เครื่องยังคงทำงานและอุ่นเครื่องอยู่ แต่จะระงับการตอบกลับใดๆ เนื่องจากเรดาร์ใช้สำหรับค้นหาเครื่องบินและระบุตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องบิน

การสอบถามประกอบด้วยพัลส์สามพัลส์ ความยาว 0.8 ไมโครวินาที เรียกว่า P1, P2 และ P3 จังหวะเวลาKระหว่างพัลส์ P1 และ P3 จะกำหนดโหมด (หรือคำถาม) ของการสอบถาม และกำหนดลักษณะของคำตอบ ส่วน P2 ใช้ในการระงับสัญญาณรบกวนด้านข้าง ซึ่งจะอธิบายในภายหลัง

โหมด 3/A ใช้ช่วงเวลา P1 ถึง P3 ที่ 8.0 ไมโครวินาที และใช้เพื่อขอรหัสบีคอนซึ่งผู้ควบคุมการจราจรทางอากาศกำหนดให้กับเครื่องบินเพื่อระบุตัวตน โหมด C ใช้ช่วงเวลา 21 ไมโครวินาที และขอระดับความสูงตามความดันของเครื่องบิน ซึ่งได้จากตัวเข้ารหัสระดับความสูง โหมด 2 ใช้ช่วงเวลา 5 ไมโครวินาที และขอให้เครื่องบินส่งรหัสประจำตัวทางทหาร รหัสหลังนี้จะถูกกำหนดให้กับเครื่องบินทางทหารเท่านั้น ดังนั้นจึงมีเครื่องบินเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ตอบสนองต่อการสอบถามในโหมด 2

คำตอบต่อการสอบถามประกอบด้วยช่วงเวลา 15 ช่วง แต่ละช่วงกว้าง 1.45 ไมโครวินาที เข้ารหัสข้อมูล 12 + 1 บิตคำตอบจะถูกเข้ารหัสโดยการมีหรือไม่มีพัลส์ขนาด 0.45 ไมโครวินาทีในแต่ละช่วง ซึ่งมีการกำหนดชื่อไว้ดังนี้:

F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 SPI

พัลส์ F1 และ F2 เป็น พัลส์ กำหนดเฟรมและจะถูกส่งโดยทรานสปอนเดอร์ของเครื่องบินเสมอ ผู้สอบถามจะใช้พัลส์เหล่านี้เพื่อระบุการตอบกลับที่ถูกต้อง ระยะห่างระหว่างพัลส์ทั้งสองคือ 20.3 ไมโครวินาที

พัลส์ A4, A2, A1, B4, B2, B1, C4, C2, C1, D4, D2, D1 ประกอบกันเป็น "ข้อมูล" ที่อยู่ในคำตอบ บิตเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในรูปแบบที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละโหมดการสอบถาม

สำหรับโหมด A ตัวเลขแต่ละหลักในรหัสทรานสปอนเดอร์ (A, B, C หรือ D) อาจเป็นตัวเลขตั้งแต่ศูนย์ถึงเจ็ด ตัวเลข ฐานแปด เหล่านี้ จะถูกส่งเป็นกลุ่มละสามพัลส์ โดยช่อง A สงวนไว้สำหรับตัวเลขหลักแรก ช่อง B สำหรับตัวเลขหลักที่สอง และอื่นๆ ต่อไป

ในการตอบกลับโหมด C ระดับความสูงจะถูกเข้ารหัสโดยอินเทอร์เฟซ Gillhamหรือรหัส Gillhamซึ่งใช้รหัส Grayอินเทอร์เฟซ Gillham สามารถแสดงระดับความสูงได้หลากหลายช่วง โดยเพิ่มขึ้นทีละ100 ฟุต (30 เมตร)ระดับความสูงที่ส่งคือระดับความสูงตามความดัน และได้รับการแก้ไขตาม การตั้งค่า เครื่องวัดระดับความสูงที่ศูนย์ควบคุมการจราจรทางอากาศ หากไม่มีตัวเข้ารหัสติดตั้งอยู่ ทรานสปอนเดอร์อาจส่งเฉพาะพัลส์เฟรมมมิ่งเท่านั้น (ทรานสปอนเดอร์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ทำเช่นนั้น) 

ในการตอบกลับแบบโหมด 3 ข้อมูลที่ส่งจะเหมือนกับการตอบกลับแบบโหมด A กล่าวคือมีการส่งตัวเลข 4 หลักระหว่าง 0 ถึง 7 คำว่าโหมด 3 เป็นคำที่ใช้ในกองทัพ ในขณะที่โหมด A เป็นคำที่ใช้ในภาคพลเรือน

ปัจจุบันบิต X ใช้สำหรับเป้าหมายทดสอบเท่านั้น บิตนี้เดิมทีถูกส่งโดยขีปนาวุธ BOMARCซึ่งใช้เป็นเป้าหมายทดสอบที่ปล่อยจากอากาศ บิตนี้อาจถูกใช้โดยอากาศยานไร้คนขับ

พัลส์ SPI จะอยู่ถัดจากพัลส์ F2 4.35 ไมโครวินาที (3 ช่วงเวลา) และใช้เป็น "พัลส์ระบุตัวตนพิเศษ" พัลส์ SPI จะถูกเปิดใช้งานโดย "การควบคุมการระบุตัวตน" บนทรานสปอนเดอร์ในห้องนักบินของเครื่องบินเมื่อได้รับการร้องขอจากเจ้าหน้าที่ควบคุมการจราจรทางอากาศ เจ้าหน้าที่ควบคุมการจราจรทางอากาศสามารถขอให้ผู้ควบคุมเครื่องบินระบุตัวตนได้ และเมื่อการควบคุมการระบุตัวตนถูกเปิดใช้งาน บิต SPI จะถูกเพิ่มเข้าไปในการตอบกลับเป็นเวลาประมาณ 20 วินาที (สองถึงสี่รอบการหมุนของเสาอากาศสอบถาม) ซึ่งจะทำให้เส้นทางการบินถูกเน้นบนหน้าจอแสดงผลของเจ้าหน้าที่ควบคุม

อาจมีการติดตั้งทรานสปอนเดอร์แบบ Diversity Mode S เพื่อปรับปรุงการเฝ้าระวังและการสื่อสารทางอากาศ ระบบดังกล่าวจะต้องใช้เสาอากาศสองตัว ตัวหนึ่งติดตั้งอยู่ด้านบนและอีกตัวหนึ่งติดตั้งอยู่ด้านล่างของเครื่องบิน นอกจากนี้ยังต้องมีช่องสัญญาณสลับและประมวลผลสัญญาณที่เหมาะสมเพื่อเลือกเสาอากาศที่ดีที่สุดโดยพิจารณาจากลักษณะของสัญญาณสอบถามที่ได้รับ ระบบ Diversity ดังกล่าวในรูปแบบการติดตั้งจะต้องไม่ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงเมื่อเทียบกับระบบเดี่ยวที่มีเสาอากาศติดตั้งอยู่ด้านล่าง

โหมด S ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหาความแออัดของความถี่ทั้งในความถี่อัปลิงก์และดาวน์ลิงก์ (1030 และ 1090  MHz) เนื่องจากปัจจุบันการให้บริการเรดาร์ครอบคลุมพื้นที่กว้างขวาง ทำให้สถานีเรดาร์บางแห่งได้รับสัญญาณตอบกลับจากทรานสปอนเดอร์จากการสอบถามที่เริ่มต้นโดยสถานีเรดาร์อื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง ส่งผลให้เกิดFRUITหรือFalse Replies Unsynchronous In Time (สัญญาณตอบกลับ ผิดพลาดที่ไม่ตรงกันตามเวลา)ซึ่งก็คือการรับข้อความตอบกลับที่สถานีภาคพื้นดินที่ไม่ตรงกับคำถาม ปัญหานี้รุนแรงขึ้นเนื่องจากการแพร่หลายของเทคโนโลยีต่างๆ เช่นTCASซึ่งเครื่องบิน แต่ละลำ จะสอบถามกันเองเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน ในที่สุด การพัฒนาเทคโนโลยีทำให้ทรานสปอนเดอร์มีราคาถูกลงเรื่อยๆ จนปัจจุบันเครื่องบินเกือบทุกลำติดตั้งทรานสปอนเดอร์แล้ว ส่งผลให้จำนวนเครื่องบินที่ตอบกลับ SSR เพิ่มขึ้นอย่างมาก วงจร Defruiterจะล้าง FRUIT ออกจากหน้าจอแสดงผล

ระบบ Mode S พยายามลดปัญหาเหล่านี้ โดยการกำหนดที่อยู่ Mode S ถาวรให้กับเครื่องบินแต่ละลำ โดยที่อยู่ดังกล่าวได้มาจาก หมายเลขทะเบียนเครื่องบิน ที่กำหนดในระดับสากล จากนั้นจึงมีกลไกที่ช่วยให้สามารถเลือก หรือสอบถามเครื่องบินลำใดลำหนึ่ง ได้โดยที่ไม่มีเครื่องบินลำอื่นตอบกลับมา

ระบบนี้ยังมีฟังก์ชันสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลใดๆ ก็ได้ทั้งไปและกลับจากทรานสปอนเดอร์คุณลักษณะนี้ของโหมด S ทำให้มันเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับเทคโนโลยีอื่นๆ อีกมากมาย เช่น TCAS 2, บริการข้อมูลการจราจร (TIS) และระบบเฝ้าระวังอัตโนมัติแบบพึ่งพา (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast )