Les progrès réalisés dans la conception des engins spatiaux ont aidé les navires à se déplacer à grande vitesse sur d'énormes distances, mais aucun vaisseau ne pourrait fonctionner sans l'aide de systèmes de capteurs sophistiqués : les senseurs. Ceux-ci permettent de naviguer avec succès entre des points très éloignés et réduisent fortement les risques potentiels que le vaisseau est susceptible de rencontrer sur sa route.

Les senseurs peuvent se décliner sous la forme d'instruments scientifiques, médicaux et techniques et sont des éléments essentiels à bord de tous les vaisseaux de la Fédération. Ils permettent à l'équipage d'explorer de nouveaux environnements et d'enquêter sur des objets et des phénomènes inconnus ou des formes de vie nouvelles à une distance relativement sûre, avant d'engager leur navire face à un élément inconnu.

La conception originale des senseurs des vaisseaux de Class Constitution de 2240 repose sur l'utilisation, dans ses réseaux de senseurs, d'éléments duotroniques, mais ces premiers modèles nécessitent un cycle de trois secondes pour analyser les résultats des différents capteurs répartis sur la coque, ce qui laisse le vaisseau désarmé face à une attaque éventuelle durant ce laps de temps.

En 2290, Starfleet, entreprend de réaliser un projet scientifique destiné à recenser et cataloguer les différentes anomalies atmosphériques planétaires et pour ce faire équipe tous ses vaisseaux de capteurs améliorés. L'introduction, en 2329, de puces optiques isolinéaires améliore encore grandement l'efficacité des différents senseurs. En 2363, des améliorations majeures dans les senseurs de Starfleet sont intégrées sur les vaisseaux de Class Galaxy, tel que l'Enterprise NCC-1701-D, qui dispose désormais de trois systèmes de senseurs principaux.

Le premier système de détection de l'Enterprise comprend des détecteurs longue portée qui ont pour mission de balayer l'ensemble de la trajectoire de vol du vaisseau, à cette fonction, destinée à faciliter la navigation, s'ajoute également une fonction scientifique.

Ils sont situés à l'arrière de l'antenne des senseurs principaux, et représentent, les instruments scientifiques les plus efficaces à bord d'un vaisseau de Class Galaxy. Ce système est presque constamment en activité, alimentant en informations le plateau des senseurs principaux afin d'effacer tous les dangers potentiels pouvant surgir sur la trajectoire du vaisseau.

Le second système prend la forme du réseau de senseurs latéraux, ce qui procure une couverture efficace sur les flancs du vaisseau, ce système comprend de nombreux capteurs spécialisés. Le dernier système de senseurs, dont bénéficient les vaisseaux de Class Galaxy est celui réservé à la navigation, qui fournit constamment des informations au système de commande de vol. Le système fournit également des données nécessaires à l'orientation et à la navigation afin de permettre le calcul de la position, relative bien sur, du vaisseau ainsi que de sa vitesse.

Dans certains circonstances, ces senseurs passifs conventionnels ne peuvent être employés, dans ce cas, les senseurs de navigation actifs sont utilisés, ces derniers utilisent un système d'écholocation.

Une impulsion modulée de tétryons est transmise et lorsqu'elle entre en contact avec des vaisseaux ou des objets situés sur sa trajectoire, la réflexion envoyée permet de repérer l'emplacement d'un objectif ou d'une cible.

Le déplacement d'écho est l'inverse de ce processus et il peut être utilisé par un vaisseau pour produire une image fantôme, même de plusieurs vaisseaux, sur les senseurs ennemis, une technique utilisée avec succès par l'USS Voyager NCC-74656 contre les Kazons Nistrim en 2372.

Les vaisseaux de Starfleet sont souvent configurés pour exercer des fonctions scientifiques spécifiques qui demandent un ensemble de senseurs améliorés. Les Class Nebula et Soyouz sont équipés de grands modules externes conçus sur mesure et possèdent une réserve de sondes qui peuvent être équipées d'une grande variété de senseurs.

Les Class Galaxy, Sovereign et Intrepid sont en outre équipés de senseurs particuliers conçus spécifiquement et intégrés au cœur des principaux réseaux de capteurs du vaisseau afin de pouvoir procéder à des observations astronomiques, des analyses de surfaces planétaires ainsi que de l'étude à distance de formes de vie.

Les systèmes de senseurs sont généralement contrôlés via les consoles scientifiques ou techniques situées sur la passerelle. De nombreux départements à bord d'un vaisseau spatial utilisent les réseaux de senseurs et ils sont souvent en concurrence pour leur utilisation.

Les dispositifs de détection spécifiques utilisés par Starfleet sont nombreux, les magnétomètres différentiels détectent les alliages particuliers, notamment les débris en provenance des vaisseaux, les dynoscans sont spécifiquement dédiés aux analyses moléculaires de bas niveau, tandis que les polarimètres utilisant des gravitons ainsi que les spectromètres spécialisés dans l'étude des fluctuations des divers phénomènes rencontrés, sont utilisés dans le cadre du recueil de données effectué lors des études astronomiques.

L'instrument le plus précis utilisé à bord de Voyager est le senseur magnéton, tandis que le tri multimodal des images collectées est utilisé sur l'Enterprise depuis 2366, pour modifier la communication au sein du Collectif Borg après la bataille de Wolf 359.

Les scans passifs de haute résolution utilisent le mode inactif de haute résolution disponible via les capteurs de Starfleet, tandis que le senseur d'imagerie tomographique est utilisé sur les vaisseaux de Class Galaxy, ils utilisent un étroit faisceau de rayons X afin de numériser des objets en mode multiphasique. Les senseurs peuvent même détecter les distorsions temporelles, dans certains cas, des faisceaux de tachyons inversés sont utilisés pour étudier les phénomènes temporels grâce l'utilisation de l'antenne du capteur principal.

Deep Space Nine est spécialement équipée de senseurs principalement axés sur la sécurité et capables de détecter des armes ou autres matériaux de contrebande. Les senseurs de courte portée de la station ont été renforcés afin de repérer toute élévation des niveaux de neutrinos au niveau de la bouche du vortex Bajoran, ce phénomène indiquant l'arrivée imminente d'un vaisseau dans le Quadrant Alpha.

La majorité des phénomènes détectables par les senseurs dépendent de la phase tampon des senseurs qui doivent être soigneusement alignés pour un maximum d'efficacité, des tests complets de diagnostiques de routine étant également effectués sur tous les équipements des senseurs.

De nombreuses races équipent leurs vaisseaux de journaux réunissant les enregistrements effectués par tous les senseurs et dont les résultats sont versés dans les mémoires de l'ordinateur principal, ces journaux s'avèrent souvent précieux lorsqu'il s'agit de déterminer l'origine et l'étendue des dommages subits par un vaisseau. Les modifications apportées aux senseurs longue portée ont parfois des résultats imprévus.

En 2369, l'équipage de l'Enterprise découvre que les changements effectués ont permis à une forme de vie basée sur le solanagen et provenant d'un domaine subspatial encore inconnu, d'entrer dans l'espace normal et de kidnapper des membres de l'équipage afin de les étudier. Un avertissement est ensuite transmis à tous les vaisseaux de Starfleet afin d'éviter de reproduire des changements similaires au niveau de l'alignement des senseurs.

Les senseurs sont constamment mis à jour, chaque nouvelle classification en provenance de tous les vaisseaux de Starfleet y est aussitôt incorporée ce qui entraine une sensibilité et une efficacité sans cesse accrue des senseurs de longue comme de courte portée.

Les senseurs internes des vaisseaux sont, eux aussi, constamment modifiés, mais malgré tout le Class Galaxy compte un total de 15525 substances qui ne peuvent être reconnues par les senseurs internes standard du vaisseau. Incluant, l'invidium, la jakmarite, le lucovexitrin, le saltzgadum et le selgninaem, pour lesquels les senseurs doivent être recalibrés.

Les senseurs externes sont sensibles aux perturbations d'origine naturelle et artificielle et peuvent être dupés par une technologie furtive. Par exemple, les boucliers occulteurs Klingons et Romuliens représentent encore une menace importante pour les vaisseaux de Starfleet, bien que le réseau de capteurs gravitiques, conçu par Geordi La Forge détecte les mouvements des vaisseaux Romuliens en 2369. Les vaisseaux du Maquis utilisent également des boucliers qui leur permettent de fausser la lecture des senseurs afin de masquer leurs activités de contrebande.