Les ondes gravitationnelles déforment l’espace-temps et produisent des forces de telle manière que lors du passage d’une onde gravitationnelle perpendiculaire à un plan contenant des masses parfaitement libres, la distance entre deux masses augmente et diminue alternativement .
Une caractéristique importante est que, lorsque il y a contraction dans une direction, il y a expansion dans la direction perpendiculaire et vice versa. Par exemple un cercle sur lequel seraient disposées des masses libres, se trouverait déformé alternativement dans deux directions perpendiculaires.

L’amplitude d’une onde gravitationnelle est mesurée par la variation relative de distance entre deux masses libres et est exprimée par le paramètre sans dimension « h ». La variation absolue est donc proportionnelle à la distance séparant les masses et est extrêmement faible: mesurée sur la distance de la terre à la lune elle serait de l’ordre de grandeur d’un atome et cent millions de fois plus petite pour des corps séparés de quelques kilomètres.

Une variation aussi infime peut cependant être mesurée en utilisant l’interférométrie optique.
L’interféromètre de Michelson est particulièrement sensible aux variations relatives de longueur entre ses deux bras et constitue l’instrument idéal pour la mesure des ondes gravitationnelles. Cependant, en raison de l’extrême sensibilité nécessaire, la longueur des bras devrait être de plusieurs centaines de kilomètres. Ceci étant difficilement réalisable sur terre, on replie le trajet optique en utilisant des réflexions multiples entre deux miroirs. En pratique, on utilise des cavités résonantes du type Fabry-Perot.