Có hai loại riêng biệt của hệ thống cảnh báo sóng thần: Hệ thống quốc tế và hệ thống khu vực. Hệ thống khu vực hay địa phương, do các nước tự đặt và phục vụ trước hết cho vùng lãnh thổ liên quan. Hệ thống quốc tế giám sát các vùng đại dương rộng lớn và có liên quan đến nhau.

Trạm quan sát có hai cảm biến cơ bản là cảm biến địa chấn gắn vào nền đất đá và thu nhận sóng địa chấn, và cảm biến mực nước biển đặt ở phao nổi. Các cảm biến nối về bộ máy xử lý tín hiệu, và truyền số liệu về trung tâm hệ thống cảnh báo, thường là bằng liên lạc vệ tinh.

Trạm quan sát sóng thần có hai loại: Loại đặt trên bờ biển, và loại đặt ở đại dương. Các trạm ở đại dương thì bộ phận truyền số liệu đặt ở phao nổi, và cáp nối từ cảm biến địa chấn ở đáy biển có thể dài đến km, và kết nối giữa các thành phần có thể thực hiện bằng liên lạc siêu âm trong nước biển. Các trạm bờ biển thì tùy theo đặc điểm địa lý mà được bố trí ở cấp độ khác nhau: Tại đảo vắng thì chỉ là trạm quan trắc dữ liệu, còn tại vùng có dân cư thì đảm nhận cả việc phát cảnh báo bằng âm thanh, đèn và các dạng cảnh báo khác, và được kết nối vào mạng viễn thông.

Khi hoạt động, cảm biến địa chấn thu nhận sóng địa chấn, sẽ phát cảnh báo động đất khi thu nhận được mức tín hiệu đủ lớn. Sau đó, dữ liệu từ các quan sát cao độ mực nước biển (hoặc máy đo thủy triều ven bờ, phao DART) được sử dụng để xác minh sự tồn tại của một cơn sóng thần. Các hệ thống mới thì có đề xuất tăng thêm các thủ tục xác định cảnh báo để đạt độ tin cậy cao hơn. Ví dụ có thử nghiệm xác định tham số dao động gồm chu kỳ, tần số và năng lượng của sóng t (năng lượng động đất bị mắc kẹt trong kênh SOFAR biển sâu), là biểu hiện cường độ sóng thần của một trận động đất.