從地面操作的測量與特徵信號情報搜集系統涉及大量不同的目標，並採用多種不同的感測器系統。而且，測量與特徵信號情報系統的地面感測器有適用於戰略目標的，也有適用於戰術目標的。關鍵的測量與特徵信號情報地面收集系統，包括導彈探測追蹤雷達和探測核爆的地震觀測站。另外，美國陸軍情報與安全司令部多年來一直運作著若干個戰術性測量與特徵信號情報收集系統。再者，秘密測量與特徵信號情報行動包括將測量與特徵信號情報系統的感測器放置於戰略位置和對準特定目標。
空軍有一至兩個部門多年來一直操控著阿拉斯加州謝米亞島的「眼鏡蛇鄧恩」（COBRA DANE）相控陣雷達。蘇聯解體之前，「眼鏡蛇鄧恩」的首要目標被描述為「獲得正在開發中的蘇聯彈道導彈武器系統的精確雷達量測和信號數據，用於確定該武器系統的特性。蘇聯在堪察加半島和太平洋進行的開發性實驗，是美國在蘇聯開發性項目初期搜集到這類數據的主要來源」。1997年，它的任務被描述為「搜集俄羅斯彈道導彈的精確外大氣層雷達量測和信號數據」。據估計，對俄羅斯洲際彈道導彈的探測率接近100%。2011年11月，國家情報總監詹姆斯·克拉珀同意終止「眼鏡蛇鄧恩」的情報任務的提案，並將其移交給了空軍太空司令部，後者繼續將其用於太空監視和導彈防禦目的。「眼鏡蛇鄧恩」的導彈預警任務，使其成為整合戰術預警和攻擊評估網路的組成部分。它提供所有的「撞擊地球目標物」預警，包括瞄準美國的導彈。它的第二個任務是太空目標物的追蹤和識別——這個內容將在第十章中討論。
另一種應用於蘇聯和俄羅斯導彈探測和追蹤的雷達於1964年建立於塞普勒斯的奧林匹亞山。它被稱為「眼鏡蛇鞋子」，1994年時，它被描述為「地基高頻超視距雷達，提供俄羅斯測試靶場的範圍、距率、目標上空相對方位」。顯然它也被用於監控伊拉克的導彈發射，可能還有來自中東其他國家的導彈發射，包括伊朗和以色列。
美國還運作了數個X波段雷達，監控亞洲和中東的導彈發射，為情報和導彈防禦目的提供數據。這類雷達重達34噸，大約有43英尺長，能夠區別超出620英里以外的不同種類的彈頭。有一個雷達部署在日本青森縣津輕的車力通信站點。2014年12月，國防部宣稱將在日本中部地區的京丹後市部署第二個X波段雷達系統。這個將要部署的系統是為了監控朝鮮的導彈發射。美國還在以色列西南部的可人山（Mount Keren）頂部署了一個X波段雷達，指向東北方向的伊朗。這個地方配備了大約100名美國軍隊現役人員。到了2012年初，美國又在土耳其東南部部署了一個X波段雷達。
第二類地面站是由美國空軍技術應用中心操作，用於監控禁止核試驗條約的執行情況並搜集核情報。《部分禁試條約》禁止在大氣層中進行核試驗，《門檻禁試條約》將核試驗限定在核當量150千噸級以下的地下核試驗，而《全面禁試條約》則禁止一切核試驗。根據美國空軍技術應用中心官方歷史記載，「美國原子能探測系統在探測地下核爆時，唯一真正有效的技術」是地震方面的技術。
地震探測所依據的事實是，核爆同地震一樣，所產生的波能夠通過地下（體波）或沿著地面（地面波）傳播很遠的距離。距離核爆點相當遠距離（1240英里以上）的地震儀或地震探測陣列能夠記錄下遠震的體波和地面波。當波到達地震觀測站時，地震儀會記錄由此帶來的地面運動並生成地震圖。
對數據的分析包含區分地震（由兩大岩石板塊的相互滑動而引起）和核爆（一個點源），濾除背景雜訊和設備雜訊，以及適時將地震信號變換成對爆炸當量的估算。進行這種變換不只要求應用數學公式，而且需要有關測試場地地質情況的數據，因為在比較穩定的地質結構中發生的擾動，比之消融的地質結構，會產生更強烈的體波。
當距離事件發生地625英里以內時，大於數千噸級當量的爆炸容易與地震區別開來。而距離再遠時兩者區分起來就變得困難得多。而且，對地震信號的實際記錄會受到設備雜訊和自然背景雜訊的干擾，而後者限定了可探測性。這些限制條件需要額外費用，用於為觀測站或設備選定合適的位置，並開發出在任何位置都能提高信噪比的技術。地基監控設備最簡單的形式是地震儀，基本構成為一塊固定在地面的磁鐵和一個用彈簧懸吊起來的、帶有電線圈的重物。據斯德哥爾摩國際和平研究院（SIPRI）所定義的，「當地震波使地面及固定在地上的磁鐵發生震動時，帶電線圈的重物幾乎不受影響。於是磁鐵與線圈的相對運動就會在線圈上產生電流，電流的大小與它們之間的相對速度成正比。」提高信噪比的一種方法是將幾個地震儀構成一個陣列。採用這種陣列能夠用許多地震儀來記錄地震波，增加可能分析的數據組。
美國空軍技術應用中心將以前由美國管理的地震觀測站移交給了當地政府，根據雙方的安排，依照《全面禁試條約》的條款規定，美國空軍技術應用中心可以獲得來自更多站點的數據。《全面禁試條約》建立了一個國際監控系統（IMS），由各國家管理的站點組成，採用地震和其他相關技術。這些站點（例如挪威的ARCESS和芬蘭的KEV）所獲得的數據和提供的任何附加數據，全都要傳輸到位於奧地利維也納的國際數據中心（IDC）。根據條約的條款規定，每個參與國都可以接收傳輸到國際數據中心的所有數據。早在簽署《全面禁試條約》之前，美國空軍技術應用中心的工作，就已開始從只依靠自己管理的站點轉變為依賴於自己管理的和盟國政府機構管理的結合。大多數盟國的站點以前是由美國空軍技術應用中心管理，或由該中心為當地政府建立的部門管理。由美國空軍技術應用中心管理的地震陣列和地震儀分布在全世界。中心的每個分遣隊都擁有寬頻地震探測手段，負責每天24小時地探測、記錄和分析發生在自己責任區域內的所有地震活動。
美國空軍技術應用中心的地震探測工作由中心所屬的「分布地下網路」（AFTAC Distributed Subsurfaetwork, ADSN）實施，這個網路由6個子系統和支持網路組成。分布地下網路的搜集單位是地震場子系統（Seismic Field Subsystem, SFS），其設備所在地包括：加拿大劍橋灣鎮（設備位置EL079）、加拿大弗林弗倫（EL224）、德國拉姆斯坦因空軍基地（第319分遣隊）、日本橫田空軍基地（第402分遣隊）、泰國清邁（第415分遣隊，OL-CW在曼谷）、澳大利亞艾利斯斯普林斯（第421分遣隊）、韓國原州航空站（第452分遣隊）、阿拉斯加州艾爾森空軍基地（第460分遣隊）以及在拉吉塔斯、抄夫特爾和馬拉松的美國南部站點（分別為EL190、191、I92）。
位於西班牙松塞卡的原第313分遣隊已於1996年1月移交給了西班牙政府。根據美國空軍技術應用中心與西班牙國家地理學會之間簽訂的諒解備忘錄，美國空軍技術應用中心繼續接收來自這個站點的數據，這個站點包括兩個地震陣列：一個由19個儀器構成的短周期陣列覆蓋了大約125平方公里的地區，另一個由6個儀器構成的長周期陣覆蓋了大約1250平方公里的地區。
在泰國清邁的第415分遣隊，實際是由泰國皇家海軍（RTN）水文局管理，這是根據美國空軍與泰國皇家海軍之間簽訂的一個備忘錄協議而決定的。這個分遣隊有一個18個儀器組成的短周期陣列，用於探測垂直地動。一個5個儀器組成的長周期陣列既用於探測垂直地動，也用於探測水平地動。
艾爾森空軍基地的第460分遣隊一直管理著整個阿拉斯加州內7個陣列中的45個地震觀測站，最遠的站離艾爾森有2000英里。這個分遣隊搜集的地質數據是供給美國原子能探測系統的數量中最大一部分的聯合數據。韓國原州航空站的第452分遣隊在非軍事區以南50英里，它所管理的地震陣列是第二大陣列。陣列布置在韓國北部中央地區的600平方英里範圍內。一個由19部儀器組成的短周期陣列，探測垂直質點運動用于波的能量測量。由6個地震儀器構成的一個長周期陣列，測量垂直與水平地質點運動，以進行事件識別和波能量測量。兩個陣都有助於對地震量級做出精確計算。
在澳大利亞艾利斯斯普林斯的設施代號為「橡樹」，由第421分遣隊管理。這個設施的官方名稱是聯合地質和地理研究站（Joint Geological and Geophysical Research Station），但是澳大利亞並沒有參與其中。在這個分遣隊的東北方向1.5英里處有一個地下地震陣列，由22個探測器排列成圓形組成，分布範圍大約7英里。其中13個地震儀埋在地下大約200英尺的深處，用於接收穿過地表