ELSA est un accélérateur d’électrons radiofréquence piloté par laser : chaque paquet d’électrons est émis grâce à l’illumination brève d’une photocathode à une fréquence de répétition élevée (72 MHz ou 144 MHz), puis accéléré par un champ électrique alternatif dans une cavité résonante (photo-injecteur). Les paquets d’électrons, brefs devant la période du champ alternatif (30 ps typiquement à comparer à 7 ns), sont injectés dans les cavités à un instant proche du maximum du champ sinusoïdal. Ces micro-impulsions, espacées de 14 ns ou 7 ns, sont émises par trains de 1 à 10 000. La charge transportée dans chaque micro-impulsion est de l’ordre du nanocoulomb (nC) pour les utilisations courantes d’ELSA. L’énergie cinétique des électrons est réglable, sa valeur typique étant de 17 MeV. Après leur accélération dans des cavités à 433 MHz (fréquence sextuple de 72 MHz), les électrons passent par un compresseur vertical, constitué de deux dipôles magnétiques dénommés dipôles alphas du fait de la trajectoire spécifique du faisceau qui ressemble à la lettre grecque. Une cavité à 1,3 GHz permet d’augmenter l’énergie des électrons jusqu’à 30 MeV pour certaines applications.

Deux lignes de faisceau sont utilisées pour produire des rayons X pour les expérimentateurs. Une ligne qui produit du rayonnement X de freinage (Bremsstrahlung) par interaction du faisceau d’électrons avec une cible de tantale. Une autre ligne qui produit des rayons X par interaction avec un faisceau laser (Compton inverse). Le spectre d’X du rayonnement de freinage est très large. Pour des électrons de 17 MeV, le rayonnement X s’étale entre 0 et 17 MeV, avec un maximum situé aux alentours de 1 MeV. Le spectre d’X du rayonnement Compton inverse est étroit autour de la dizaine de keV pour 17 MeV d’électrons et un laser vert. Ce rayonnement X est utilisé par les expérimentateurs pour réaliser des irradiations de matériaux ou de composants électroniques.