兩個現象使得有效部署如SOSUS這樣的系統成為可能：第一，在海洋中傳播時，信號強度的衰退比在土地中傳播時要少得多，因為聲音能量在海水中的吸收率很低；第二，海洋中有一個低速聲音層，即聲波定位和測距通道（Sound Fixing and Ranging），它可以起「波導」的作用。聲音能量在這個通道內水平移動，而不會向下傳至海底，否則它與海底的相互作用就會使聲音能量產生很大的衰減。而且，這種波導效應限制了聲波的「幾何擴散」。如此，擴散的影響只是隨著聲源距離的增加而增加，而不會是按聲源距離的平方增加（如地震體波一樣）。

其他的陣列還有建立在非洲西海岸沿海的聖馬麗亞島之外的一個陣列，被用於追蹤前往直布羅陀海峽和繞過好望角的蘇聯潛艇。一個位於南斯拉夫和土耳其之間的博斯普魯斯海峽的陣列則探測駐紮在賽瓦斯托波爾的黑海港口的潛艇。還有一些陣列建立在台灣和菲律賓附近，以及印度洋上的迭戈加西亞的附近。在土耳其、日本、波多黎各、巴貝多、加拿大、義大利、丹麥、巴拿馬和關島沿海還有其他的陣列。

到了20世紀50年代中期，海軍還決定在西海岸和夏威夷沿海建立陣列。到了60年代末時，在太平洋上建立了其他的陣列。一個升級后的陣列被安置於從阿拉斯加北端延伸至巴哈半島的海域。遠在太平洋上，一個長度為1300英里的圓形陣列（代號為「海蜘蛛」），環繞在夏威夷群島周圍ｈttｐs://reａd.9９cｓw•ｃｏm。沿著千島群島的西邊則有另一個陣列，能夠探測位於彼得羅巴浦洛夫斯克或鄂霍次克海的海軍基地的俄羅斯潛艇。

SOSUS的開發工作開始於20世紀50年代初，到了1953年中時，海軍決定在美國東海岸的大陸架安置一個陣列。1962年10月的古巴導彈危機期間，這個陣列被證明在對蘇聯潛艇的定位工作上極為有效。因此，美國決定擴大和升級這個網路。一個覆蓋格陵蘭-冰島-英國之間海洋間隙（GIUK Gap）的陣列被建立起來，其屬於大西洋，是駐紮在蘇聯東北部波利亞爾內潛艇基地的蘇聯潛艇前往美國的必經之地。而在同一個區域內聯連安多亞島、挪威和熊島的陣列則提供了甚至更早的預警。

海軍還在義大利和挪威運作了海平面下監視分遣隊（Undersea Surveillance Detachments）。這些分遣隊為戰區反潛戰司令官提供支持。它們負責「對潛艇的相關信息進行探測、分類、追蹤和及時提供相關報告」，並且「搜集長期的海洋地理和海面下的地質信息」。

每套SOSUS裝置都包括一個由數百水中聽音器組成的陣列，這些水中聽音器或被放置在海底，或固定在傳播傳導性最好的海洋深處，與海底電纜連接在一起以便進行遙測信息的傳輸。遠處潛艇發出的聲波到達陣列后，會依據其到達的方向按不同水中聽音器之間的幾何關係依次被探測到。通過記錄波被不read.99csw.com同水中聽音器檢測到的順序，即可以判斷出波的方向。實際上，當在各水中聽音器之間引入適當的時間延遲之後，增加幾個單個水中聽音器的信號即可將陣列的靈敏度提高好些倍。其結果就是，通過改變時間延遲的模式，監聽「信號束」會被「定位」到不同的海洋扇區。通過測量聲音射束在陣列內的分散情況，或者從相鄰的陣列對其進行三角測量，即可計算出陣列到聲源的距離。

同樣，這些能力使得SOSUS在監控蘇聯潛艇的活動方面作用不凡，也使其能夠探測到核爆和其他的爆炸，無論發生在水下還是海洋附近。因此，美國空軍技術應用中心曾經利用全世界的9個水聲站來實現對北太平洋、大西洋和鄰近南大西洋的南冰洋的覆蓋。其中有8個站點是與SOSUS互相配合工作的。美國空軍技術應用中心的設備要儘可能近地與水中聽音器電纜近終端連接在一起，最大程度地繞過主電子器件。然後，數字數據被轉成密碼，通過專用電路經由衛星通信線路傳輸給美國空軍技術應用中心總部的水聲行動中心（Hydroacoustic Operations Center）。水聲數據中心全天候工作，其任務是識別每一條波錄音的來源。

海面下測量與特徵信號情報的搜集更為機動的形式，是設計得像魚一樣的搜集系統。20世紀90年代，中央情報局的高級技術辦公室開發了名為「查理」的一種機器鯰魚，「研究無人水下載體的可行性……出於https://read.99csw.com情報搜集的目的」。查理的任務是秘密搜集水樣本。2014年末，據有關報道稱，海軍根據「沉默的尼莫」（SILENT NEMO）項目，正在開發一個代號為「幽靈游泳者」（GHOSTSWIMMER）的載體，這個5英尺長、100磅重的水下載體看上去像一個藍鰭金槍魚（除了它像鯊魚一樣有一個背鰭），任務是秘密收集情報，包括測量與特徵信號情報。

1995年，太平洋中SOSUS陣列探測到了法國在穆魯羅阿島舉行的核試驗；它們還在無意中探測到俄羅斯核潛艇「庫爾斯克」號在2008年8月下沉之前毀滅性的內部爆炸。

通過探測潛艇搜集來的所有數據（其聲吶回聲和發動機雜訊、其散熱系統和其推進器的運動）都會被轉化為識別信號。可以判斷出潛艇的與眾不同的模式，不光是潛艇的特殊種類——例如，是「阿爾法級」攻擊型潛艇而非「颱風級」攜帶彈道導彈的潛艇，還有特定的潛艇。因此，當數據經過分析后，其作用就如同通過指紋或聲紋識別個體一樣。

蘇聯潛艇的重大變化逐漸降低了SOSUS的價值。蘇聯海基彈道導彈的前三代——SS-N-4蛇鯊（Snark）、SS-N-5塞爾布（Serb）、SS-N-6葉蜂（Sawfly），射程為350-1600海里。從1973年開始，隨著射程為4200海里的SS-N-8的投入使用，蘇聯的潛艇不再需要離開蘇聯的領海就能打擊在美國的目標。蘇聯在此方面的能力多年read.99csw.com來一直在增強，射程達3500—4500海里的SS-N-18和SS-N-20也被投入使用。在蘇聯解體之前的幾年中，俄羅斯的配備彈道導彈的潛艇在大西洋海岸和太平洋海岸沿海的行動更少了，降低了覆蓋這些區域的SOSUS陣列的價值。但是，20世紀90年代末，俄羅斯的潛艇被發現出沒於美國的每個海岸的沿海區域。2009年8月，據相關報道所稱，兩艘俄羅斯核動力攻擊型潛艇一直在東部沿海地區游弋。

水下陣列雖然總體被稱為「聲音監視系統」（Sound Surveillance System, SOSUS），但是只有其中的三分之二完全屬於SOSUS網路。另三分之一是或曾是同類系統的一部分。1979年，一位美國海軍上將SOSUS形容為「我們反潛戰（ASW）探測能力的支柱」。SOSUS和SURTASS一起，是綜合海面下監視系統（Integrated Undersea Surveillance System, IUSS）的組成部分。斯德哥爾摩國際和平研究院（SIPRI）對該系統的描述如下：

陣列中的水聽器被密封于容器中，每個容器中大約有24個水聽器，電纜將數據傳輸給岸上的設施。此前的幾十年中，搜集到的數據被發給許多的海軍基地（Naval Facilities, NAVFACs），然後再發送給設於全世界的海軍區域處理中心（Naval Regional Processing Centｈｔtpｓ://reaｄ•99csw.ｃｏmers, NRPCs）。現在數據則被傳輸給兩個海軍海洋處理基地（Naval Ocean Processing Facilities, NOPFs）。位於惠德比島的基地也接收來自SURTASS搜集活動的數據。這個基地有大約325名在編人員，25名軍官，有30名加拿大軍人組成的一個分遣隊，還有15名文職僱員。另一個基地位於弗吉尼亞州丹奈克，有222名在編人員以及來自美國海軍、英國皇家海軍、英國皇家空軍的22名軍官和7名文職僱員。兩個基地的職能是集中化地上報、對照、定位和追蹤潛艇目標。他們對水下信號進行分析和處理，每天24小時地將數據傳輸給海軍。

正如國防支援計劃一樣，雖然SOSUS建立時的設想是監控主要戰略武器，但它更有能力提供活動方面的信息。另一個能力是對水面艦艇的探測和追蹤。SOSUS顯示出更讓人驚訝的能力是對飛越海洋的飛機進行追蹤和識別。這個能力是在1965年和1966年首次顯現出來的，當時SOSUS挪威站探測到了飛越挪威海的蘇聯熊-D轟炸機。

遠在SURTASS感測器存在之前，海軍已經開發出了一個固定的潛艇探測和追蹤系統——一個大型而固定的海底聽音器全球網路，被動收聽潛艇發出的聲音。在20世紀50年代以及此後數十年中，其主要目標都是蘇聯的潛艇（能夠發射各種射程彈道導彈和那些能夠攻擊在反潛戰中部署的美國潛艇），這些潛艇顯示出對美國戰略核武庫中大量水下組成的威脅。