Współczesne akceleratory cząstek, w absolutnej wiekszości, używają mikrofal. Mikrofala to fala radiowa o częstotliwości w zakresie od kilohertzów do gigahertzów. Fala elektromagnetyczna to rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektrycznego i magnetycznego.
Pole elektryczne jest najefektywniejszym znanym sposobem przekazywania energii do cząstek. Cząstki, oczywiście, muszą być naładowane. Dwa inne pola makroskopowe to grawitacja, która generuje bardzo małe przyśpieszenia w mikroświecie i pole magnetyczne które zasadniczo działa prostopadle do kierunku ruchu cząstki, skutecznie utrudniając proces zwiększania jej energii.
Pole elektryczne występuje w postaci statycznej jak i w postaci fali elektromagnetycznej, w której oscyluje ono na zmianę z polem magnetycznym. Ta postać - fala elektromagnetyczna - pomnaża potencjał elektryczności w przyśpieszaniu cząstek, bowiem pozwala osiągać większe przyśpieszenia (chwilowa amplituda może być znacznie wyższa niż statyczna amplituda) i, co najważniejsze, nie wymaga gigantycznych potencjałów: każde drganie fali to małe zwiększenie energii ale tych drgań jest bardzo dużo. W przyśpieszaniu cząstek dużo małych kroczków jest o wiele łatwiejsze do zrobienia niż jeden wielki sus.
Fale radiowe generowane w pustrzej przestrzeni roznoszą się w nieskończoność. Aby skutecznie i efektywnie przyśpieszać cząstki fale takie muszą być zamknięte w metalowym pudle o częstości rezonansowej odpowiadającej częstości fal używanych do przyśpieszania. Stąd owo metalowe pudło nazywane jest wnęką rezonansową. Cała sztuka skutecznej akceleracji opiera się na synchroniźmie i rezonansach. W związku z tym megaherzowe czy gigahertzowe fale elektromagnetyczne mają optymalną długość do tego, żeby konstruować struktury w których zachodzi przyśpieszanie. Przy częstotliowści 50 MHz fala ma długość około 6 metrów (taka częstotliwość znajduje zastosowanie w dużych cyklotronach) a przy 3 GHz długość fali wynosi 10 cm (typowe dla maszyn przyśpieszających elektrony). Dłuższe fale wymagają większych struktur, a krótsze fale, na przykład terahertzowe, wymagają malutkich struktur, podobnych do układów półprzewodnikowych. Nota bene "accelerator on chip" to jest obecnie jeden z głównych kierunków rozwoju technologii.
Są trzy główne typy akceleratorów opartych o mikrofale: liniowe (linaki), synchrotrony i cyklotrony. W linakach wnęki rezonansowe są ustawione jedna za drugą a cząski przechodzą przez każdą wnękę raz. Linak składa się głównie z wnęk przyśpieszających. Synchrotrony są przeciwieństwem linaków: zawierają niewielką wnękę przyśpieszającą w przez którą cząstki przechodzą wielokrotnie a cała reszta maszyny to ciąg magnesów mających na celu "zawrócić" cząstki do wnęki. W miarę zwiększania się energii cząstek pole magnetyczne w magnesach jest zwiększane. Wreszcie są cyklotrony, w których cząstki przechodzą przez tą samą wnękę przyśpieszającą kilkadziesiąt razy, za każdym razem zwiększając promień orbity po której się poruszają dzięki ogromnemu magnesowi który obejmuje całą maszynę.
Linaki i cyklotrony nadają się do produkowania wiązek o małej energii i dużej mocy. Synchrotrony używane są do przyśpieszania cząstek do ogromnych energii. W systemie akceleratorów często urządzenia różnego typu łączą się. Na przykład linaki są zwykle wykorzystywane jako pierwsze stadium przyśpieszania przed wrzuceniem cząstek do większej maszyny, na przykład synchrotronu.
