Misiunea LISA va poziţiona trei nave spaţiale într-o orbită triunghiulară, fiecare latură măsurând aproximativ 2,5 milioane de kilometri. Navele vor urma orbita Pământului în jurul Soarelui, fiecare transportând câte două telescoape. Acestea vor urmări navele partenere prin fascicule de laser infraroşu, capabile să măsoare distanţe cu o precizie de până la un trilion de metru.
Undele gravitaţionale sunt generate în timpul coliziunilor dintre două găuri negre. Fenomenele au fost teoretizate pentru prima dată de Albert Einstein în 1916 şi au fost detectate aproape un secol mai târziu de Observatorul LIGO, printr-o colaborare între National Science Foundation, Caltech şi MIT. Detecţia unei unde gravitaţionale este posibilă atunci când cele trei nave spaţiale se deplasează în afara tiparului lor caracteristic.
Lansarea misiunii LISA este programată pentru mijlocul anilor 2030. În linii mari, detectarea undelor gravitaţionale ar putea aduce beneficii semnificative în ceea ce priveşte înţelegerea universului, inclusiv a evenimentelor cosmice precum găurile negre şi Big Bangul.