Laboratuvarın ana araştırma tesisi, polarize elektron kaynağı ve enjektör ile bir çift 7/8 mil (1400 m) uzunluğunda süper iletken RF lineer hızlandırıcıdan oluşan CEBAF hızlandırıcısıdır. İki doğrusal hızlandırıcının uçları, elektron demetini bir yay şeklinde büken mıknatıslara sahip iki ark bölümü ile birbirine bağlanmıştır. Yani, ışın yolu yarış pisti şeklinde bir ovaldir. (CERN veya Fermilab gibi çoğu hızlandırıcı, daire boyunca yayılan elektronları hızlandırmak için birçok kısa odacıklı dairesel bir yola sahiptir). Elektron demeti birbirini takip eden beş yörüngeye girdikçe, enerjisi maksimum 6 GeV'e kadar artar. CEBAF, Stanford'daki SLAC gibi normal uzunluğunun onda birine kadar katlanmış doğrusal bir hızlandırıcıdır (LINAC). Sanki 7,8 mil uzunluğunda bir doğrusal hızlandırıcı gibi davranır.
CEBAF'ın tasarımı, elektron demetinin halka şeklindeki hızlandırıcıların tipik darbeli demeti yerine sürekli olmasını sağlar. (Bir miktar ışın yapısı vardır ancak darbeler çok daha kısa ve birbirine yakındır). Elektron ışını üç potansiyel hedefe yönlendirilir (aşağıya bakınız). JLab'ın ayırt edici özelliklerinden biri, 1 pikosaniyeden daha kısa bir demet uzunluğuna sahip elektron demetinin sürekli doğasıdır. Bir diğeri ise JLab'ın niyobyumu yaklaşık 4 K'ye (-452,5°F) soğutmak için sıvı helyum kullanan, elektrik direncini ortadan kaldıran ve enerjinin bir elektrona en verimli şekilde aktarılmasını sağlayan süper iletken RF (SRF) teknolojisini kullanmasıdır. Bunu başarmak için JLab dünyanın en büyük sıvı helyum buzdolabını kullanmaktadır ve SRF teknolojisinin ilk büyük ölçekli uygulayıcılarından biridir. Hızlandırıcı, Dünya yüzeyinin 8 metre ya da yaklaşık 25 fit altına inşa edilmiştir ve hızlandırıcı tünellerinin duvarları 2 fit kalınlığındadır.
Her bir salonda elektron ışını ile sabit bir hedef arasındaki çarpışmaların sonuçlarını kaydetmek için benzersiz bir spektrometre bulunmaktadır. Bu, fizikçilerin atom çekirdeğinin yapısını, özellikle de çekirdeğin proton ve nötronlarını oluşturan kuarkların etkileşimini incelemelerine olanak tanır.
Parçacık davranışı
Döngü etrafındaki her seferinde, ışın iki LINAC hızlandırıcısının her birinden geçer, ancak farklı bir bükme mıknatısı setinden geçer. (Her set farklı bir ışın hızını idare edecek şekilde tasarlanmıştır.) Elektronlar LINAC hızlandırıcılarından en fazla beş geçiş yapar.
Çarpışma olayı
Hedefteki bir çekirdeğe ışından gelen bir elektron çarptığında, bir "etkileşim" veya "olay" meydana gelir ve parçacıklar salona saçılır. Her salon, olay tarafından üretilen parçacıkların fiziksel özelliklerini izleyen bir dizi parçacık dedektörü içerir. Dedektörler, analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler), zamandan dijitale dönüştürücüler (TDC'ler) ve darbe sayıcılar (ölçekleyiciler) tarafından dijital değerlere dönüştürülen elektrik darbeleri üretir.
Bu dijital veriler, fizikçinin daha sonra verileri analiz edebilmesi ve meydana gelen fiziği yeniden yapılandırabilmesi için toplanmalı ve saklanmalıdır. Bu görevi yerine getiren elektronik ve bilgisayar sistemine veri toplama sistemi denir.
12 GeV yükseltme
Haziran 2010 itibariyle, hızlandırıcının diğer üç salonunun karşı ucunda D Salonu adında ek bir son istasyonun inşasına ve ışın enerjisini iki katına çıkararak 12 GeV'e yükselten bir yükseltmeye başlanmıştır. Aynı zamanda, Test Laboratuarına (CEBAF ve dünya çapında kullanılan diğer hızlandırıcılarda kullanılan SRF kavitelerinin üretildiği yer) bir ek inşa edilmektedir.
