组成多层全球导弹防御系统的传感器包括“天基红外系统卫星”（SBIRS）、“升级预警雷达系统”（UEWR）、“眼镜蛇戴恩”雷达（COBRA Dane）、“海基X波段雷达”（SBX）、AN/TPY-2 FBM雷达系统以及“远程目标识别雷达”（LRDR）。组成多层全球导弹防御系统的防空导弹系统包括“爱国者”反导系统（Patriot）、“萨德”反导系统（THAAD）、“宙斯盾”弹道导弹防御系统（Aegis BMD）、陆基“宙斯盾”反导系统（Aegis Ashore）以及陆基中段导弹防御系统（GMD）。
全球导弹防御系统中的弹道导弹防御系统传感器组成了成体系系统，该系统由多个陆基、天基和海军早期预警传感器组成，这些传感器能够提供数据以增强拦截作战能力。全球导弹防御系统传感器能够对多种能力进行同步和整合，以拦截或干扰弹道导弹攻击。早期预警传感器是防御美国本土的关键。
全球导弹防御系统的陆基组件包括陆基“宙斯盾”反导系统、AN/TPY-2 FBM雷达系统、陆基中段导弹防御系统、“爱国者”反导系统、“萨德”反导系统、“战区事项系统”组件（theater event system）、“升级预警雷达”以及“眼镜蛇戴恩”雷达。“爱国者”反导系统、“萨德”反导系统都是机动、向前部署的系统。AN/TPY-2 FBM雷达系统是一款可运输的向前部署系统。“升级预警雷达”、“眼镜蛇戴恩”雷达以及“远程识别雷达”能够进行远程监视跟踪。这些系统提供了早期目标分类和追踪信息，使陆基中段导弹防御系统能够选择适当的拦截弹进行中段拦截。
1.陆基“宙斯盾”反导系统
陆基“宙斯盾”反导系统旨在为部署在欧洲的美军和北约盟军提供保护，使其免受中程弹道导弹和中远程弹道导弹的攻击。该系统与其海基版本十分相似，两者使用相同的探测雷达、拦截弹、软件以及交战程序。该系统能够为弹道导弹防御系统的拦截提供远程监视和追踪能力。陆基“宙斯盾”反导系统能够使用“标准-3”拦截弹对近程弹道导弹、中程弹道导弹和中远程弹道导弹进行拦截。
AN/SPY-1雷达的相控阵将提供大角度的探测扫描范围，其数据将为拦截提供足够的目标信息。在一次拦截过程中，目标数据将用于为全球导弹防御系统中的其他组件提供提示。陆基“宙斯盾”反导系统可能会在弹道导弹的助推阶段后期和中段早期从其他传感器数据直接收到提示，并确认分类质量信息（classification quality information）。
陆基“宙斯盾”反导系统配备有AN/SPY-1雷达，该型雷达是一种S波段相控阵雷达系统，能够在收到从“天基红外系统卫星”、AN/TPY-2 FBM雷达系统或全球导弹防御系统的其他组件上发出的提示后，使用预先规划的扫描扇区自主扫描捕获威胁。一旦该系统捕获了威胁，其将在最大覆盖范围内继续跟踪目标，或在人工操作员采取行动后停止跟踪。
与全球导弹防御系统的其他组成部分相比，若选择使用陆基“宙斯盾”反导系统为防御美国本土提供支持，需要额外的考量。
AN/TPY-2 FBM雷达系统是一种美国陆军现役的机动侦查系统，该系统能够为其他美国国防部的传感器系统提供补充，可以在其系统探测范围内探测导弹发射，并跟踪导弹飞行。该系统是一种向前部署的多功能雷达系统，可为美国本土和战区部队提供防御支持，使其免受弹道导弹的攻击。
传感器管理功能能够使用“指挥控制作战管理和通信系统”（C2BMC）调整和控制AN/TPY-2 FBM雷达系统。该雷达系统能够对经过其探测范围内的弹道导弹发出持续且接近实时的预警和警告。该雷达是一种X波段的中远程相控阵雷达，能够对目标进行探测和捕获，可以进行早期预警和目标分类，并提供拦截质量数据、外部传感器提示、导弹发射位置和目标打击区域评估。该雷达数据可传输并可为作战指挥官所用，以为军事资产、平民和地缘政治中心提供保护。数据传输将使用现役的全球通信网络以及战区内通信网络。
AN/TPY-2 FBM雷达系统具有广阔的扫描范围，能够同时为战区、跨责任区（AOR）和美国本土提供防御支持。该雷达可通过C2BMC为“宙斯盾”弹道导弹防御系统和陆基中段导弹防御系统提供交战质量跟踪数据，还能够帮助“宙斯盾”弹道导弹防御系统区分再入飞行器和碎片，但在防御美国本土方面，由于其位置相对于再入飞行器较远，无法对再入飞行器和碎片进行区分。
AN/TPY-2 FBM雷达系统能够自动将目标分为再入飞行器、舱体、弹体、诱饵、箔条或碎片等类别。该雷达系统能够实现与其他传感器的探测和跟踪数据交叉提示。
AN/TPY-2 FBM雷达系统能够通过战术数据链路（TDL）或Link-16通信网络提供目标跟踪信息，并向“宙斯盾”弹道导弹防御系统和“海基X波段雷达”提供提示数据。其还能够执行其他任务，包括对战区预警、全球打击行动中的目标定位、战区攻击行动以及战区弹道导弹防御行动的提示和跟踪提供必要支持。
AN/TPY-2雷达系统有两个不同的配置，可用于两种不同的任务。当该雷达系统在“萨德”反导系统中时，其是在末端模式中运行。当该系统作为一个独立的监视和预警传感器运作时，其是在FBM模式中运行。图1展示了这两种配置。
AN/TPY-2雷达系统的运行模式
与在末端模式中运行的AN/TPY-2雷达系统相比，AN/TPY-2 FBM雷达系统使用了相同的主要任务装备，但为了执行不同的任务，两者所使用的软件、运行逻辑和通信模块却各不相同。两者还有同样的电力需求，但所用的电源却不相同。“萨德”反导系统还配备有火控系统、导弹发射车和拦截弹。“萨德”反导系统和AN/TPY-2 FBM雷达系统的基础配置如下：
此外，如果AN/TPY-2 FBM雷达系统仅用作战区传感器，其可能不会接入全球导弹防御系统之中，也不会为跨责任区行动或美国本土防御提供支持。
4.陆基中段导弹防御系统
陆基中段导弹防御系统是一种地空弹道导弹防御系统，其能够使用陆基拦截弹（JP 3-01）对在大气层外、处于中段的远程弹道导弹进行拦截。该系统使用碰撞杀伤的方式对导弹进行拦截，以保卫美国本土免受有限的远程弹道导弹的攻击。在弹道导弹处于上升阶段时，该系统将对其进行早期探测和跟踪。在弹道导弹处于中段时，该系统将对其进行目标分类和识别，以此实现准确的拦截和击毁来袭的中程弹道导弹和洲际弹道导弹。对于处于中段飞行的中程弹道导弹和洲际弹道导弹，陆基中段导弹防御系统能够使用多种传感器、通信系统、火控系统以及陆基拦截弹对其进行探测、跟踪和拦截。
陆基中段导弹防御系统由陆基中段导弹防御火控系统（GFC）、空中拦截通信系统、发射支持系统、远程识别雷达以及陆基中段导弹防御通信网络组成。GFC火控系统将协调整个系统的作战，并由控制GFC火控系统的专业作战人员操作。陆基中段导弹防御系统中的通信网络能够将系统的各部分连接起来，并通过光纤和卫星通信进行实现无缝的信息交流。该系统还能够与飞行中的大气层外杀伤拦截器（EKV）进行数据交流。发射支持系统能够与陆基拦截弹（GBI）进行数据交流，并为火控系统和陆基拦截弹之间的数据交流提供支持。
陆基拦截弹由助推器、助推器航电模块和大气层外杀伤拦截器组成。大气层外杀伤拦截器使用动能直接撞击的方式对再入飞行器进行拦截。该拦截器是一种传感器推进模块，能够对来袭目标进行直接撞击。
陆基中段导弹防御火控系统由硬件、软件和通信系统组成。在拦截目标的过程中，该通信系统对于任务规划和控制陆基中段导弹防御系统各个组件来说必不可少。在一枚陆基拦截弹发射前，GFC火控系统将计算目标拦截窗口和火力解决方案。不仅如此，拦截弹的发射还需要满足以下两个条件，一是一定要确认探测到的弹道导弹对美国本土构成了威胁，二是获得了发射拦截弹的武器使用授权。
当获得武器使用授权时，陆基拦截弹会发射，并朝着预定的拦截点飞去。在助推器燃料耗尽后，陆基拦截弹将释放大气层外杀伤拦截器。大气层外杀伤拦截器将通过飞行目标更新（In-Flight Target Updates）接收到更新的目标跟踪数据，并以此调整自己的飞行姿态。其还能够通过机载传感器探测目标集群，并识别出可能的再入飞行器。最后，大气层外杀伤拦截器将机动并撞击再入飞行器，并将其摧毁。
传感器将为陆基中段导弹防御系统提供必要的数据，以支持其计算火力解决方案。为陆基中段导弹防御系统数据的传感器包括：“天基红外系统卫星”、“宙斯盾”弹道导弹防御系统、AN/TPY-2 FBM雷达系统、“升级预警雷达”、“眼镜蛇戴恩”雷达以及“远程识别雷达”。如果“海基X波段雷达”所在位置能够探测到中程弹道导弹或洲际弹道导弹的发射，其将为陆基中段导弹防御系统提供支持。
5.导弹防御系统组件和火力指挥中心
导弹防御系统组件小组和火力指挥中心小组的组织方式和运作方式十分相似，且两组人员需要合作完成陆基中段导弹防御系统的作战任务。火力指挥中心可以管理资源，执行作战任务，以拦截当前的威胁。导弹防御系统组件能够通过火力指挥中心指挥战术战斗，同步导弹防御系统组件和火力指挥中心之间的行动，并为美国北方司令部指挥官提供作战和战术建议。在导弹防御系统组件小组和火力指挥中心小组中，如果一个小组的人员丧失作战能力且无法参与行动，另一个小组仍可独立作战。
6.“爱国者”反导系统
“爱国者”反导系统是一种协同、安全、综合、营级单位的机动防空系统，是多层全球导弹防御系统的重要组成部分。一个装备“爱国者”反导系统的营级单位能够联合部队提供防御，使其免受近程弹道导弹、中程弹道导弹和其他一系列空中威胁的攻击。该营级单位还能够进行自动数据处理和通信，能够与其他联网的弹道导弹防御系统进行通信。“爱国者”反导系统还有必要的接口，能够允许其他武器和监视系统与其进行集成。
装备“爱国者”反导系统的营级单位通常隶属于战区或军级单位下的防空旅，其配置能够与防空旅的防空反导规划控制系统进行互操作。该反导系统的部署通常部署在所防御特定资产和区域周边，与战略无关。
“爱国者”反导系统的雷达能够进行三维的空域监视，目标探测，目标识别，目标确认，目标分类，同时跟踪多个目标，并为导弹制定和拦截提供支持。该雷达拥有目前最强的性能，是唯一一种能够提供来袭弹道导弹的火控质量数据的雷达（除了AN/TPY-2雷达系统）。
“爱国者”反导系统的发射器能够容纳、运输、储存和发射“爱国者”拦截弹。第三代“爱国者”拦截弹（PAC-3）设计主要用于拦截短程弹道导弹。由于短程弹道导弹的飞行时间短，“爱国者”拦截弹的目标拦截窗口很短。“爱国者”反导系统的发射器可配备多种拦截弹，每个发射器的拦截弹配置会根据任务变量分析进行调整。
“爱国者”反导系统原本使用其特定的C2系统，目前其正在逐步过渡到综合防空反导作战指挥系统（IBCS）。目前，该系统的C2系统由营级和班级的C2组件组成，例如信息和协调中心（Information and Coordination Central）以及作战控制平台（Engagement Control Station），这些C2组件能够分散部署并共同完成拦截任务。综合防空反导作战指挥系统能够为所有的防空部队提供通用的C2能力，使“爱国者”反导系统在数量不变的情况下位更多的资产提供保护。
“爱国者”防御规划旨在根据指挥官的意图和优先级为部队和指定资产提供最好的保护。美国陆军防空反导司令部和个防空旅将合作制定防御规划，以合理分配装备“爱国者”反导系统的部队。防空反导规划师一项由上至下的互动过程，包含从联合部队司令部到防空导弹班组的各种防空反导作战任务。“爱国者”防御规划是一个分布式过程，能够在所有防空导弹梯队执行。
“爱国者”反导系统
7.“萨德”反导系统
作为全球导弹防御系统的一部分，“萨德”反导系统能够为战区作战和跨责任区作战提供支持。该系统能够在大气层内和大气层外拦截处于末段飞行的中程弹道导弹。由于中程弹道导弹的飞行时间短且“萨德”反导系统设计用于拦截处于末段飞行的弹道导弹，其目标拦截窗口比“爱国者”反导系统稍长，但是比“宙斯盾”弹道导弹防御系统和陆基中段导弹防御系统的拦截窗口短。
“萨德”反导系统在全球范围内部署，能够为所有的联合作战区域提供防御弹道导弹的能力。该系统包括6辆导弹发射车、一套AN/TPY-2雷达系统以及“萨德”火控和通信设备：
“萨德”反导系统的使用包含在战区防空规划（AADP）之中，该规划可能包含了一份描述指挥关系和流程的行动计划，以使“萨德”反导系统发挥全球导弹防御系统的作用，支持战略优先事项。美国陆军防空反导司令部负责“萨德”反导系统的作战规划及其与战区防空规划的整合，所有的全球导弹防御规划必须与作战司令部的规划进行协调和整合。区域防空司令部负责与陆基中段导弹防御系统的通信网络建立必要的通信。“萨德”反导系统能够将防御模式改为单点防御或多点防御，以节省拦截弹药。
美国陆军防空反导司令部能够在跨责任区域进行部署，并进行联合战区防空反导作战，以此为指定的作战规划和紧急作战行动提供支持。该司令部还能为全球导弹防御系统使用C2BMC作战提供传感器管理支持。该司令部的主被动防御单元由两个防空系统整合商远程监控工作站组成，其中包括一个战术态势显示器、一个防空反导工作站、一个陆军作战司令部联合预警和报告网络显示器、处理显示系统。
8.战区事项系统
美国太空司令部（USSPACECOM）的一项主要任务是为全球的美军提供天基导弹预警。战区事项系统能够接收并处理过顶持续红外预警系统（OPIR）的传感器数据，进而为即将来袭的攻击提供预警，使部队能够进行反应。
战区事项系统的任务是对直接下行OPIR数据进行战区内实时处理，并为作战司令部和联合部队指挥员提供早期预警提示。战区导弹预警单位将提供战区内弹道导弹发射数据处理，并在部队内发出预计打击区域的提示，以此作为一种部队防御手段。战区导弹预警单位部署在战区中心位置，以向各部队提供即时的导弹威胁信息。这些信息将通过一系列通信手段传递个各个部队，这些通信手段包括通用交互式广播系统（Common Interactive Broadcast）、Link16以及全球联合指挥控制系统（Global Command and Control System–Joint）。
该系统部队根据作战指挥员的作战计划和联合空间任务命令，通过现有的通信系统为作战指挥员和联合部队指挥员提供即时、准确和可靠的预警。在OPIR传感器探测到的弹道导弹发射后，该部队将接收OPIR传感器的直接下行信号，并进行数据分析以确定该导弹是否对美军构成威胁。该部队会将威胁提示信息传递给联合部队指挥员、一级指挥中心、前线联合部队以及其他有关部队单位。威胁提示还将进一步传递给二级指挥中心、作战中心以及司令部以确保所有的部队都知道其附近的来袭攻击。
9.升级预警雷达系统
升级预警雷达系统是一种陆基雷达，其能够为北美和欧洲提供导弹预警提示。同时，该系统还要为陆基中段导弹防御火控系统提供导弹跟踪数据。其可通过全球通信网络汇报和接收数据，还能够通过弹道导弹防御系统的通信网络提供跟踪数据。升级预警雷达系统主要为以下三种任务提供支持：
升级预警雷达系统由弹道导弹早期预警系统（BMEWS）和PAVE相控阵预警系统（PAWS）组成。由早期预警雷达改进而来的升级预警雷达旨在对攻击美国的潜射弹道导弹、中程弹道导弹和洲际弹道导弹进行探测、跟踪和目标分类并提供相关数据。升级预警雷达系统部署位置：
10.“眼镜蛇戴恩”雷达
“眼镜蛇戴恩”雷达是一种陆基国家技术情报传感器。为支持全球导弹防御系统任务，该雷达进行了软件升级和适度的硬件调整。其能够进行早期探测、目标捕获、跟踪和威胁分类，以为全球导弹防御系统提供支持。“眼镜蛇戴恩”雷达的数据可直接应用于拦截弹制导，并为陆基雷达提供提示。该雷达在尺寸上与升级预警雷达系统相当，但其只有一个雷达面。其具备多任务功能，能够为国土防御行动提供支持。
“眼镜蛇戴恩”雷达部署在美国谢米亚岛（Shemya）上的埃尔克森空军基地（Eareckson Air Station）。该部署区域使其能够探测到朝鲜所发射的中程弹道导弹和洲际弹道导弹。该雷达主要任务是信息收集，但在升级后，其能够在收到提示时对弹道导弹进行跟踪并提供相应的数据。它还能够提供目标捕获信息和目标跟踪信息，使其能够探测再入飞行器类的目标，并有能力对目标进行分类。“眼镜蛇戴恩”雷达是国防情报局拥有的一种高度可靠的相控阵雷达。
11.远程目标识别雷达
远程目标识别雷达的任务是对来自太平洋战区的远程导弹威胁提供持续的远程中段目标分类和精准目标跟踪，以支持美国本土防御。该雷达是陆基中段防御系统的一部分，旨在节省陆基中段防御系统的拦截弹使用。这种雷达能够为全球导弹防御系统提供支持，以保护美国免受流氓国家的有限弹道导弹袭击。