ดาวเทียมไกอาถูกปล่อยด้วยจรวดโซยุส 2 ไปยังจุดลากร็องฌ์ L2 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร จุดลากร็องฌ์ L2 อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิคงที่มาก ซึ่งโลกเคลื่อนที่ตามวงโคจรลีซาฌู ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการบดบังโดยดวงอาทิตย์

เช่นเดียวกับดาวเทียมฮิปปาร์โคส ดาวเทียมไกอาก็ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่หันไปยัง 2 ทางที่คงที่ ดาวเทียมจะหมุนรอบแกนที่ตั้งฉากกับแนวสายตาของกล้องโทรทรรศน์ทั้งสอง แกนหมุนเคลื่อนตัวเล็กน้อยเมื่อเทียบกับท้องฟ้า แต่ยังคงทำมุมเดียวกันกับดวงอาทิตย์ ระบบอ้างอิงที่อยู่นิ่งได้มาจากการวัดตำแหน่งสัมพัทธ์อย่างแม่นยำจากทิศทางการสังเกตทั้งสอง

วัตถุท้องฟ้าแต่ละชิ้นถูกสังเกตโดยเฉลี่ยประมาณ 70 ครั้งในช่วงระยะเวลาของภารกิจ การสังเกตการณ์เหล่านี้ช่วยระบุค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งดาวฤกษ์ ส่วนความเร็วแนวเล็งของดาวฤกษ์ถูกวัดโดยใช้ปรากฏการณ์ด็อพเพลอร์โดยสเปกโทรมิเตอร์ที่ติดอยู่กับระบบกล้องโทรทรรศน์ของไกอา

อุปกรณ์มวลมากภายในดาวเทียมไกอาประกอบด้วยอุปกรณ์ดังต่อไปนี้:

• กล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวมีกระจกเงาปฐมภูมิขนาด 1.4 x 0.5 ม.
• แถวลำดับระนาบโฟกัสขนาด 1.0 x 0.5 ม. ฉายแสงจากกล้องโทรทรรศน์ทั้งสอง ภาพนี้ถูกส่งไปยัง CCD 106 ตัวที่มีขนาด 4500 x 1966 พิกเซล

อุปกรณ์ในยานไกอาแบ่งออกเป็นสามส่วนแยกกัน

• อุปกรณ์มาตรดาราศาสตร์สำหรับวัดมุมของดาวที่มีโชติมาตรปรากฏอันดับ 5.7 ถึง 20
• เครื่องมือวัดแสงวัดสเปกตรัมในช่วงความยาวคลื่น 320-1,000 นาโนเมตรของดาวที่มีโชติมาตรปรากฏอันดับ 5.7 ถึง 20
• สเปกโทรมิเตอร์ความละเอียดสูงวัดความเร็วแนวเล็งของดาวฤกษ์ได้ถึงที่โชติมาตรปรากฏอันดับ 17 โดยการหาสเปกตรัมความละเอียดสูงในช่วงความยาวคลื่น 847-874 นาโนเมตร (เส้นดูดกลืนแคลเซียมไอออน)

การสื่อสารกับตัวดาวเทียมเกิดขึ้นที่ความเร็วเฉลี่ย 1 เมกะบิตต่อวินาที แต่ปริมาณข้อมูลในบางช่วงเวลาอาจสูงถึงจิกะบิตต่อวินาที ดังนั้นจึงอาจมีการเชื่อมโยงลงเป็นสิบพิกเซลต่อภาพ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีการตรวจหาหรือสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้า ณ ตรงนั้น กระบวนการดังกล่าวมีความซับซ้อนเป็นพิเศษเมื่อสำรวจบริเวณที่มีความหนาแน่นของดาวฤกษ์สูง