Загоризонтный радиолокатор работает следующим образом:

Чаще всего он использует эффект отражения коротких радиоволн (от 3 до 30 МГц) от ионосферы. 12 Для заданных условий атмосферы часть радиосигналов, излучённых в ионосферу, испытывает отражение и изменяет направление. 1

Достигнув земли, отражённые радиосигналы рассеиваются, при этом их малая доля может аналогичным образом отразиться от ионосферы и вернуться к радиолокатору. 1 В зависимости от состояния атмосферы лишь часть диапазона коротких волн будет испытывать отражение, поэтому для загоризонтной радиолокации требуется постоянный мониторинг состояния ионосферы и подстройка частот. 1

Поскольку сигнал, отражённый от поверхности (земли или воды), значительно мощнее, чем сигнал, отражённый от цели, в загоризонтных радиолокаторах применяются системы, позволяющие выделять полезный сигнал. 1

Наиболее простые системы используют эффект Доплера, при котором движущийся объект изменяет частоту отражённых радиоволн. 1 Фильтрацией полученного сигнала с оригинальной частотой в радиолокаторе возможно выделение подвижных целей. 1