Επιταχυντής σωματίδιων ονομάζεται μια ειδική μηχανική διάταξη που μπορεί και επιταχύνει σωματιδία σε μεγάλες ταχύτητες. Στην πραγματικότητα ο επιταχυντής σωματιδίων επιταχύνει δέσμες φορτισμένων σωματιδίων π.χ. πρωτονίων και ηλεκτρονίων κατά μήκος μιας τροχιάς, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Όταν πλέον οι δέσμες των σωματιδίων αυτών αναπτύξουν πολύ μεγάλη ταχύτητα οδηγούνται πάνω σε άλλα σωματίδια καλούμενα σωματίδια στόχοι. Συχνά δέσμες σωματιδίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται στο εσωτερικό του επιταχυντή με συνέπεια να δημιουργούν νέα σωματίδια. Ειδικές ανιχνευτικές διατάξεις καθώς και υπολογιστές μπορούν και καταγράφουν τις τροχιές των σωματιδίων αυτών καθώς και τις εκτροπές και τροχιές των νέων σωματιδίων που προκύπτουν μετά τις συγκρούσεις των πρώτων.
Καθημερινές εφαρμογές βρίσκονται σε συσκευές τηλεόρασης, ραντάρ και γεννήτριες ακτίνων Χ. Τα σωματίδια περιέχονται σε έναν σωλήνα κενού έτσι ώστε να μην χάνουν ενέργεια χτυπώντας σε μόρια αέρα. Σε επιταχυντές υψηλής ενέργειας, τετραπολικοί μαγνήτες χρησιμοποιούνται για να εστιάσουν τα σωματίδια σε μία δέσμη και να αποτρέψουν την μεταξύ τους ηλεκτροστατική ή απωστική δύναμη που θα μπορούσε να τα εκτρέψει.
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι επιταχυντών, οι γραμμικοί και οι κυκλικοί.
Ο LHC έχει δύο υπεραγώγιμους δακτυλίους, στους οποίους τα πρωτόνια θα κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις μέσα σε σχεδόν απόλυτο κενό. Τα πρωτόνια θα συγκεντρώνονται σε πυκνές δέσμες, προκειμένου να επιτυγχάνονται όσο το δυνατόν περισσότερες συγκρούσει. Η συγκέντρωση των πρωτονίων θα γίνεται με τη βοήθεια πανίσχυρων μαγνητικών πεδίων.
Σε τέσσερα σημεία του επιταχυντή υπάρχουν τεράστιοι ανιχνευτές και εκεί θα συγκρούονται μεταξύ τους τα πρωτόνια. Η ενέργεια που θα επιτυγχάνεται σε αυτές τις συγκρούσεις θα φτάνει τα 14 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (TeV) ή 7 TeV κάθε δέσμη πρωτονίων, θα είναι δηλαδή επτά φορές ισχυρότερη απ' ό,τι στο μεγαλύτερο ως τώρα επιταχυντή του κόσμου, τον επιταχυντή Tevatron του Εργαστηρίου Fermi στις ΗΠΑ.
Κάθε δέσμη πρωτονίων περικλείει ποσότητα ενέργειας ίση με αυτή ενός τρένου βάρους 400 τόνων που κινείται με 150 χλμ./ώρα. Όμως, μόνο ένα απειροελάχιστο μέρος αυτής της ενέργειας απελευθερώνεται σε κάθε σύγκρουση. Το κέρδος όμως είναι ότι ο LHC θα έχει την δυνατότητα να συγκεντρώνει αυτή την ενέργεια σε μια περιοχή μικρότερη και από έναν ατομικό πυρήνα.
Τα σωματίδια που θα παράγονται από τις συγκρούσει θα καταγράφονται από τους τέσσερις ανιχνευτές: ALICE, CMS, ATLAS και LHCb.