L’expérience L3 était composée de plusieurs sous-détecteurs placés en couches successives autour de la ligne de faisceau centrale du LEP, là où les électrons et les positons entraient en collision. Au plus près de la ligne de faisceau se trouvaient un détecteur de microvertex au silicium et une chambre à expansion temporelle, qui servaient à enregistrer les traces de particules chargées produites lors d’une collision.

Les trois principaux sous-détecteurs situés dans les couches externes de L3 étaient un calorimètre électromagnétique (appelé le « BGO », en raison du germanate de bismuth qu’il contenait), un calorimètre hadronique et un détecteur de muons. Les calorimètres sont faits de matériaux denses ; ils arrêtent les particules et mesurent l’énergie qu’elles ont perdue. Une couche de scintillateurs placée entre le calorimètre électromagnétique et le calorimètre hadronique permettait de détecter et d’écarter les signaux provenant de muons cosmiques, des particules énergétiques venues de l’espace susceptibles de perturber les mesures.

La couche située le plus à l’extérieur de L3 abritait jadis le plus grand aimant du monde, détrôné depuis par le solénoïde de CMS. L’aimant de L3 générait un champ magnétique 10 000 fois plus important que le champ moyen à la surface de la Terre. Généralement, il existe dans les détecteurs un champ magnétique qui leur permet de dévier la trajectoire des particules chargées. Grâce à la courbure de cette trajectoire, les physiciens sont en mesure de calculer l’impulsion de la particule.

Les données fournies par L3 ont permis aux physiciens de mesurer les particules W avec une précision jamais atteinte, de délimiter la masse possible du boson de Higgs et de déterminer des propriétés importantes du boson Z (notamment une valeur connue sous le nom de « courbe de résonance du Z0 »). Le boson Z est l’une des particules porteuses de la force faible. En mesurant sa masse et en observant les différentes manières dont il peut se désintégrer en d’autres particules, il a été possible de déterminer le nombre de familles de leptons (particules subatomiques qui ne participent pas à l’interaction forte) présentes dans la nature. Grâce à L3, on a pu confirmer que ces familles étaient au nombre de trois.