Ensisijainen tutkajärjestelmä lähettää suuritehoisen radiotaajuuden pyörivästä antennista ja käyttää heijastuneita signaaleja ilmassa tai vedessä olevien esineiden etäisyyden ja nopeuden määrittämiseen. Radiosignaali näyttää etäisyyden esineeseen ajasta, joka kului paluumatkaan kohteeseen. Ilma-aluksen ohjauksessa käytettävän tutkan paluusignaalin avulla voidaan määrittää myös lentokoneen likimääräinen korkeus tai korkeus maanpinnasta. Antenni on kaareva metallilevy tai rakenne, joka fokusoi radiosäteen ja lähettää sen tiettyyn suuntaan.
Tutka on lyhenne tai lyhennetty versio termistä “radion tunnistus ja etäisyys”. Ensimmäistä kertaa lentokoneiden havaitsemiseen 1930-luvulla kehitetyllä varhaisella tutkalla oli rajallinen kantama antennien tuolloisten tehorajojen vuoksi. Vaikka antennien teho ja ohjelmistot ovat parantuneet, 21-luvun alussa lentoliikenteen päätutkan käytännön raja on noin 60 mailia (100 kilometriä).
Primääritutkan käyttö vaatii paljon signaalitehoa, koska antennista kauempana olevat kohteet heijastavat tai lähettävät takaisin heikon signaalin. Pidemmillä etäisyyksillä antennista tutka muuttuu epäluotettavaksi tapa määrittää lentokoneen sijainti vain heijastuneilla signaaleilla. Lentoliikenteen lisääntyminen 20-luvulla loi tarpeen muille lentokoneiden paikannusjärjestelmille.
1960-luvulta lähtien lentokoneet alkoivat käyttää transpondereita lennonjohdon apuna. Transponderi on sekä vastaanotin että lähetin, joka vastaanottaa tutkasignaalin päätutkasta ja lähettää takaisin signaalin, joka sisältää lentokoneen tunnisteen, korkeus- ja nopeustiedot. Tämä niin sanottu toissijainen tutka parantaa lentokoneen sijainnin tarkkuutta, koska transponderi saa virtansa lentokoneesta ja lähettää voimakkaamman signaalin kuin ensisijainen tutkasignaali.
20-luvun lopulla alkaneet parannetut transponderit tarjosivat myös lisätietoa lentokoneesta. Lentäjät voivat valita asetukset, jotka kertovat maassa olevalle lennonjohtajalle, jos lentokone on kaapattu, muiden henkilöiden hallinnassa tai jos koneessa on hätätilanne. Nämä aktiiviset signaalit lähetettiin toissijaiseen tutkavastaanottimeen, joka sijaitsee samassa antennissa kuin ensisijainen tutka, ja niitä voidaan tarkastella liikenteenohjauksen näytöillä.
Vedessä olevat veneet voidaan havaita myös tutkajärjestelmillä tietyin rajoituksin. Korkeat aallot voivat peittää tai piilottaa pienempien veneiden tutkatulokset, ja Maan kaarevuus tai muoto tekee mahdottomaksi nähdä veneitä horisontin alapuolella. Suuret sotilasalukset voivat käyttää tutkaa hämmentäviä muotoja tai pinnoitteita, jotka absorboivat tutkaa saadakseen ne näyttämään paljon pienempiä veneitä tutkanäytöillä.
Tutkaa voidaan käyttää myös sään havaitsemiseen. Pilvien vesimolekyylit voivat heijastaa joitain tutkasignaalien taajuuksia, jotka näyttävät sadetta sisältäviä pilviä. Varhaiset järjestelmät pystyivät näkemään vain liikkuvia sadepisaroita, mutta järjestelmät 20-luvun lopulta lähtien pystyivät havaitsemaan kosteuden myös ilman sadetta.
Doppler-tutka voi havaita ilmassa liikkuvien vesipisaroiden nopeuden ja suunnan. Heijastunut signaali analysoidaan ohjelmistolla, joka näyttää, liikkuuko signaali antennia kohti vai poispäin siitä. Se voi näyttää pyörimisen osoittaen mahdollista tornadoa, jopa yöllä tai rankkasateen piilossa.