Esso era costituito da un sistema a giroscopi con un diametro di 2,5 pollici (6,35 cm), pressurizzati in atmosfera di elio e stabilizzati su una piattaforma stabile (realizzata in un unico blocco di berillio). Era montato su tre anelli concentrici che permettevano la rotazione della piattaforma sui tre gradi di libertà (x, y, z). Dato che i giunti cardanici erano liberi di ruotare in ogni direzione (3 assi), la piattaforma era in grado di mantenere l’orientazione rispetto ad un insieme di stelle di riferimento indipendentemente dall’assetto della navicella.

Ogni anello gestiva un asse di rotazione della capsula; in particolare la rotazione lungo l’asse Y era rappresentata dal giunto più interno, la rotazione secondo l’asse X dal giunto più esterno e l’asse Z  dall’anello centrale.

A quest’ultimo era attaccato ad un elemento sferico di 42,5 libbre (19 Kg) di peso pressurizzato con aria secca e montato solidale con lo scafo della capsula: ad ogni rotazione un sensore rilevava l’angolo fra il giunto e la piattaforma e inviava un segnale alla CDU (Coupling Data Unit) ovvero un blocco ADC a cinque canali che generavano un interrupt. Ogni interrupt descriveva una variazione di movimento di rotazione. La CDU possedeva dimensioni 20×11,3×5,5 pollici (50x28x14 cm) e pesava 36,5 libbre (16,5 Kg).

Vi erano due IMU nella capsula Apollo: uno nel CM e un secondo nel LM ma con due diversi riferimenti spaziali: nel CSM l’asse X era diretto nel senso di spinta del SPS (Service Propulsion System), mentre nel LM l’asse X era diretto lungo la spinta del motore di discesa/ascesa del veicolo.

Anche se i tre giunti erano liberi di ruotare, l’anello centrale (asse Z) era soggetto ad un fenomeno giroscopico noto come blocco cardanico (gimbal lock) dovuto all’allineamento di due anelli rotanti su uno stesso asse di rotazione che comportava la perdita di un grado di libertà. In tale situazione gli astronauti avrebbero dovuto riallineare l’IMU con il sistema ottico e gestire temporaneamente l’assetto con il sistema di backup SCS (nel CSM) o AGS (nel LM). Per prevenire una tale situazione, un programma dedicato (T4RUPT_PROGRAM.agc) era in grado di informare preventivamente gli astronauti  sul display dell’avvicinarsi di una tale situazione (NO ATT). Il PGNS era montato nella parte bassa del CM e aveva una dimensione 4x2x3 ft. Per risparmiare energia veniva acceso solo per brevi intervalli di tempo durante il volo (circa 20% del tempo): consumava 217 W ed era alimentata a 28 V.

Gli accelerometri, dal diametro di 1,6 pollici (4 cm), che erano montati in parallelo ad ogni giroscopio erano noti come PIPA (Pulse Integrating Pendulous Accelerometers): erano costituiti da un piccolo pendolo di massa nota con grande precisione immerso in un fluido viscoso. Il pendolo era progettato per muoversi in una sola direzione: quando veniva applicata una forza al pendolo esso si muoveva e poi ritornava nella posizione iniziale ed una serie di sensori rilevava lo spazio e la forza necessaria per riportalo nella posizione di riposo. Anche in questo caso l’output era inviato alla CDU per la conversione A/D e l’attivazione di un’interruzione per l’AGC (un compito gestito dal Servicer).

• Il telescopio: simile ad un teodolite  era un rifrattore con un ingrandimento di 1x, un campo visivo di 60° e aveva la stessa funzione di un cercatore di un moderno telescopio.

• Il sestante ottico (della Kollsman Instruments): aveva un ingrandimento di 28x, un campo visivo di 1,8° ed una precisione di 10 secondi d’arco. È l’equivalente 3D del moderno sestante di navigazione: possedeva un set di ghiere per misurare la differenza angolare tra le due linee di vista (SLOS e LLOS, Star/Landmark Line of Sight). Uno specchietto mobile per la misura angolare consentiva una corsa massima teorica di 57°, difficilmente raggiungibili a causa delle ostruzioni.