Imaginem-se duas partículas em queda livre movendo-se somente sobre o efeito da gravidade. A primeira partícula envia um raio de luz para a segunda que a recebe e o envia de volta. Apesar da
luz não ter massa, sente o efeito da gravidade à medida que se desloca pela curvatura do espaço-tempo, gastando energia para escapar à atracção gravitacional de um objecto maciço e ganhando energia quando se aproxima dele. Estas mudanças de energia traduzem-se em alterações na frequência da luz, e assim monitorizando as variações na frequência dos raios de luz que as duas partículas estão a enviar uma à outra, é uma forma de medir a curvatura do espaço-tempo entre elas.
Este é o princípio base na detecção das ondas gravitacionais: se uma perturbação passa por um determinado corpo, irá alterar a curvatura do espaço-tempo entre duas partículas, deixando uma marca na frequência da luz que essas partículas trocam. Para demonstrar o movimento geodésico – a premissa chave desta experiência – é necessário ter um ambiente de ensaio no qual nada mais possa influenciar a frequência da luz.
A experiência a bordo da LISA Pathfinder não tem a sensibilidade para demonstrar as ondas gravitacionais, e como tal não deverá detectar qualquer alteração de frequência nas trocas de luz entre os seus dois corpos em queda livre – qualquer alteração será devido a ruído. Se estes erros experimentais podem ser controlados e reduzidos de forma precisa, uma futura versão de tal sistema será capaz de medir as pequenas alterações de frequência causadas pelas ondas gravitacionais.
A LISA Pathfinder é composta por um módulo científico, com um diâmetro externo de 2,31 metros e uma altura de 0,96 metros, além de um módulo de propulsão. O módulo de propulsão irá de forma gradual elevar a órbita inicial até atingir a órbita operacional, sendo descartado momentos antes de o satélite entrar na sua órbita final.