El SLR mide el tiempo transcurrido entre la emisión de un pulso láser desde la superficie terrestre y su recepción en el punto de emisión tras ser reflejado por un satélite en órbita. La distancia entre el satélite y el punto de observación es, aproximadamente, la mitad del tiempo invertido en el viaje de ida y vuelta, multiplicado por la velocidad de la luz.

Diversos satélites están equipados con reflectores especialmente diseñados para reflejar el pulso láser de vuelta al punto de emisión. Para aplicaciones del IERS, los satélites más utilizados son los satélites de forma esférica conocidos como Lageos-1 (lanzado en 1976) y Lageos-2 (lanzado en 1992). Estos dos satélites se encuentran a una altitud de 5900 km pero en diferentes planos orbitales. Actualmente es posible medir la distancia a los satélites Lageos con una precisión de menos de 1 cm a partir de un único pulso láser. Las medidas SLR necesitan una corrección por la componente seca de la troposfera; de este modo, las estaciones SLR miden la presión atmosférica, la temperatura y la humedad relativa para calcular esta corrección.

Desde 1976, más de 100 estaciones han realizado observaciones SLR a Lageos-1. Se han obtenido coordenadas de estas estaciones con precisiones por debajo de los 2 cm, así como velocidades de unas 50 estaciones.

El SLR es sensible a la localización del centro de masas de la Tierra; la serie temporal de su movimiento con respecto al origen del marco de referencia terrestre se ha observado desde 1987 con una precisión de unos pocos milímetros.

Las medidas SLR a satélites Lageos proporcionan estimaciones diarias del movimiento del polo con una precisión de unos 0.3-0.4 milisegundos de arco.

Aunque el UT1 y la nutación pueden, en principio, calcularse, hay problemas a la hora de separar estos efectos de los errores orbitales. Por ejemplo, el UT1 está correlacionado con la longitud del nodo ascendente del plano de la órbita, de modo que si la localización del nodo fuese perfectamente conocida, el UT1 podría estimarse con alta precisión. En la práctica, el nodo del Lageos-1 muestra una deriva no modelada de 0.5 ms/mes de error medio cuadrático, y las estimaciones del UT1 sólo presentan una precisión suficiente para periodos menores de 60 días.