一種與合成孔徑雷達密切相關的技術是使用實際天線陣列(稱為“相控陣列”)，這些天線元件在垂直于雷達距離維度的一個或兩個維度上進行空間排布。這些物理陣列是真正的合成陣列，實際上是由一組輔助物理天線合成的。它們的操作不需要涉及相對于目標的運動。這些陣列的所有元件同時實時接收，通過它們的信號可以分別受到這些信號相位的受控偏移。一個結果可能是對從特定小場景區域接收到的輻射響應最強，聚焦于該區域以確定其對接收到的總信號的貢獻。在整個陣列孔徑上接收的相干檢測信號集可以在幾個數據處理通道中復制，并且在每個通道中進行不同的處理。這樣追蹤到不同小場景區域的一組響應可以組合顯示為整個場景的圖像。
相比之下，合成孔徑雷達(通常)的單個物理天線元件在不同時間收集不同位置的信號。當雷達由飛機或軌道車輛攜帶時，這些位置是沿著車輛路徑的單一變量距離的函數，該距離是單一的數學維度(不一定與線性幾何維度相同)。信號被存儲起來，因此不再是時間的函數，而是沿著維度記錄位置的函數。當存儲的信號稍后被讀出并與特定的相移相結合時，結果是相同的，就好像記錄的數據是由同樣長且形狀相同的相控陣收集的一樣。這樣合成的是一組信號，相當于實際的大孔徑(一維)相控陣可以同時接收到的信號。合成孔徑雷達模擬(而不是合成)長的一維相控陣。盡管本文標題中的術語因此被錯誤地推導出來，但它現在已經被牢固地確立了，并使用了持續半個世紀。
雖然相控陣的操作很容易理解為一種完全幾何化的技術，但合成孔徑系統在它(或它的目標)以一定速度移動時收集其數據的事實意味著隨最初行進距離變化的相位隨時間變化，因此構成時間頻率。時間頻率是雷達工程師通常使用的變量，他們對合成孔徑雷達系統的分析通常(并且非常有效)用這樣的術語表達。特別地，飛行期間相位在合成孔徑長度上的變化被視為接收頻率相對于發射頻率的多普勒頻移序列。然而，重要的是要認識到，一旦接收到的數據被記錄下來并因此變得永恒，合成孔徑雷達的數據處理情況也可以理解為一種特殊類型的相控陣，可以作為一個完全幾何的過程來處理。
合成孔徑雷達和相控陣技術的核心是雷達波往返于每個場景元素的距離由一些整數個波長加上“最終”波長的一小部分組成。這些部分導致在不同合成孔徑雷達或陣列位置接收到的再輻射相位之間的差異。除了信號幅度信息之外，還需要相干檢測來捕獲信號相位信息。這種類型的檢測需要找到接收信號的相位與保存良好的透射照明樣本的相位之間的差異。
從場景中任何一點散射的每個波都以該點為中心有一個圓形曲率。因此，來自不同范圍的場景點的信號到達具有不同曲率的平面陣列，導致信號相位變化遵循平面相控陣列上不同的二次變化。額外的線性變化來自位于陣列中心不同方向的點。幸運的是，這些變化的任何一種組合對于一個場景點都是獨特的，并且是可計算的。對于合成孔徑雷達來說，雙向傳播使相位變化加倍。
在閱讀以下兩段時，要特別注意區分數組元素和場景元素。每個場景元素都有一個匹配的圖像元素。
將陣列上的陣列信號相位變化與總的計算相位變化模式進行比較，可以揭示總的接收信號的相對部分，該部分來自唯一可能對該模式負責的場景點。進行比較的一種方法是通過相關計算，將每個場景元素的接收和計算的場強值逐個陣列元素相乘，然后對每個場景元素的乘積求和。或者，對于每個場景元素，可以從實際接收相位中減去每個陣列元素的計算相移，然后矢量求和整個陣列上產生的場強差。在場景中的任何地方，這兩個相位在陣列中都基本上被抵消，所添加的差矢量是同相的，對于該場景點，產生總和的最大值。
這兩種方法的等價性可以通過正弦函數的乘法對相位求和來實現，這些相位是自然對數e的復指數。
無論如何，圖像導出過程相當于“回溯”先前在陣列上傳播場景信息的過程。在每個方向上，該過程可以被視為傅里葉變換，這是一種相關過程。我們使用的圖像提取過程可以看作是另一個傅里葉變換，它與原始的自然變換相反。
重要的是要認識到，只有那些從發射天線到每個目標點和后續的連續范圍的子波長差異（其控制信號相位）被用于細化任何維度的分辨率。照射波束的中心方向和角度寬度并不直接產生精細的分辨率。相反，它們僅用于選擇接收可用范圍數據的立體角區域。雖然不同場景項目的范圍可以從它們在短距離的亞波長范圍變化的形式中進行一些區分，但是在長距離出現的非常大的焦深通常需要使用整個距離的差異(大于一個波長)來定義與可實現的跨距離分辨率相當的距離分辨率。