该实验位于日内瓦，横跨瑞士、法国边界的地下约100米处。ATLAS为圆桶形，长46米，直径25米，重7000吨，是迄今为止在粒子对撞机上建造的体积最大的探测器。该探测器主要由四个部分组成：①内部探测器。用于测量带电粒子的方向、动量及电荷。内部探测器主要由硅像素、硅微条探测器、跃迁辐射径迹探测器组成。②量能器。用于测量粒子在穿过探测器时所沉积的能量。量能器主要包括电磁量能器和强子量能器。电磁量能器测量的是电子和光子与介质相互作用时沉积的能量，而强子量能器则以取样的形式测量强子（包含夸克的粒子，如质子和中子）与原子核相互作用时损失的能量。除了μ子和中微子，大多数粒子都将其能量沉积在量能器中而停止。③μ子探测器。由采用四种不同的技术建造的4000多个独立的μ子探测器单元组成，其子探测器由薄气隙室探测器、电阻性板室、位置监控漂移管以及阴极条室组成，以用于识别μ子和测量其动量。④磁铁系统。主要用于使带电粒子在各层探测器中发生偏转，使探测器更好测量粒子的径迹。磁体系统主要分为三部分：内层的螺线管磁铁、外筒层的环状磁体及位于两个端盖处的环状磁体。

完整的ATLAS探测器除了上述四个探测器子系统，还包括其他组成部分，如触发和数据获取系统，用于挑选不同特征物理事例的专门的多级计算机系统，以及位于世界上130个计算中心的用于存储、处理、分析庞大对撞机数据的计算机系统。

来自LHC的能量高达7万亿电子伏特或高于99.999999％光速的粒子束在ATLAS探测器的中心碰撞，产生的碰撞碎片以新粒子的形式向各个方向飞去。在ATLAS探测器中每秒发生超过十亿个粒子的相互作用，相当于地球上每个人都使用20部电话同时对话的数据速率。在每一百万次碰撞中只有一次被标记为潜在的感兴趣对象，并记录下来进一步研究。来自ATLAS探测器的数据由ATLAS数据管理系统刻度、重建并自动分配到世界各地。然后ATLAS数据处理系统会过滤这些事例并选择那些被特定分析类型所需的事例，使数据样本减小到合适水平，以便研究者在自己的电脑上进行分析。

ATLAS的主要物理目标是通过极高能量的质子-质子或质子-重离子的对碰来发现新的物理现象，探索影响宇宙起源和演化的基本粒子间的相互作用；寻找重大科学问题的答案，如空间的额外维度，基本相互作用的统一，以及宇宙中的暗物质。在发现希格斯玻色子之后，更大统计量的数据能够用于更深入研究玻色子的性质，从而研究质量的起源。

ATLAS实验合作团队由来自世界各地38个国家的180多个研究所和大学的5000多名科学家组成，其中包括约1200名研究生。它是科学史上最大的合作实验之一。这样的大合作依赖于无数工程师、技术人员、行政管理和支撑人员的共同努力。