LHC包含了壹個圓周為27公裏的圓形隧道，因當地地形的緣故位於地下50至150米之間。這是先前大型電子正子加速器 (LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三米，位於同壹平面上，並貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構於其上。
加速器通道中，主要是放置兩個質子束管。加速管由超導磁鐵所包覆，以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向，環繞著整個環型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。
兩個對撞加速管中的質子，各具有的能量為 7 TeV (兆兆電子伏特,)，總撞擊能量達 14 TeV之譜。每個質子環繞整個儲存環的時間為 89 微秒 (microsecond)。因為同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子團(bunch)的形式，而非連續的粒子流。整個儲存環將會有2800個粒子團，最短碰撞周期為 25 納秒(nanosecond)。在加速器開始運作的初期，將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作，碰撞周期為 75 納秒，再逐步提升到設計目標。
在粒子入射到主加速環之前，會先經過壹系列加速設施，逐級提升能量。其中，由兩個直線加速器所構成的質子同步加速器 (PS)將產生50 MeV的能量，接著質子同步推進器 (PSB)提升能量到1.4GeV。而質子同步加速環可達到26 GeV的能量。低能量入射環(LEIR)為壹離子儲存與冷卻的裝置。反物質減速器 (AD)可以將3.57 GeV的反質子，減速到2 GeV。最後超級質子同步加速器 (SPS)可提升質子的能量到450 GeV。
60余名中國科學家(其中近四十人為臺灣科學家)參與強子對撞機實驗。
在LHC加速環的四個碰撞點，分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器 (ATLAS)與緊湊渺子線圈 (CMS)是通用型的粒子偵測器。其他三個(LHC底誇克偵測器(LHCb), 大型離子對撞器(ALICE)以及全截面彈性散射偵測器(TOTEM)則是較小型的特殊目標偵測器。
LHC也可以用來加速對撞重離子，例如 鉛(Pb)離子可加速到1150 TeV。
由於LHC有著對工程技術上極端的挑戰，安全上的確保是極其重要的。當LHC開始運作時，磁鐵中的總能量高達100億焦耳(GJ)，而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳(MJ)。只需要10?7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態，而丟棄全部的加速粒子可相當於壹個小型的爆炸。物理學家希望借由加速器對撞機來幫助他們解答下列的問題：
標準模型中所流行的造成基本粒子質量的希格斯機制是真實的嗎？
真是如此的話，希格斯粒子有多少種，質量又分別是多少呢？
當重子的質量被更精確的測量時，標準模型是否仍然成立的？
粒子是否有相對應的超對稱(SUSY)粒子存在？
為何物質與反物質是不對稱的？
有更高維度的空間(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在嗎？
我們可以見到這啟發弦論的現象嗎？
宇宙有96%的質量是目前天文學上無法觀測到的，這些到底是什麽？
為何重力比起其他三個基本作用力(電磁力，強作用力，弱作用力)差了這麽多個數量級？
重離子對撞機
雖然LHC的物理實驗計劃，著重於研究質子對撞後的現象。然而，短期的如每年壹個月的重離子對撞也在實驗計劃之中。雖然其他較輕的離子對撞實驗也是可行的，目前主要的規劃為鉛離子的對撞實驗。