Nadajnik radaru wtórnego (SSR - Secondary Surveillance Radar) wysyła ciągi impulsów, zwane zapytaniami na częstotliwości 1030 MHz. Zapytania są wysyłane kierunkowo, zupełnie tak samo, jak impulsy sondujące radaru pierwotnego. Jeżeli zapytanie zostanie odebrane przez antenę transpondera na pokładzie samolotu i zostanie zidentyfikowane jako prawidłowe, transponder odpowie innym ciągiem impulsów (odpowiedzią) na częstotliwości 1090 MHz. Tryb pracy transpondera nazywa się modem. Mod odpowiedzi jest narzucony przez rodzaj zapytania.
W zależności od modu, odpowiedż zawiera kod identyfikacyjny samolotu (squawk), nadany przez kontrolę ruchu lotniczego i wysokość lotu (tylko mod C).

Od początków stosowania radaru wtórnego lotnicy i kontrolerzy zdawali sobie sprawę z jego skuteczności jako narzędzia kontroli radarowej, ale także z przyrodzonych ograniczeń. Najpoważniejszą barierą dla systemów kontroli ruchu lotniczego opartych na klasycznym SSR jest problem alokacji kodów radaru wtórnego.
Zamknięta liczba kodów (4096) już teraz jest niewystarczająca dla pokrycia zwiększonych potrzeb. Graniczące ze sobą FIRy muszą utrzymywać ten sam kod dla jednego samolotu tak długo jak to możliwe. Niedostatki naziemnych sieci wymiany danych powodują że wewnątrz FIR istnieją jednostki (ośrodki kontroli obszaru, zbliżania, wojskowe) które stale okupują całe grupy kodów. Istnieją centra kontroli obszaru które w okresach dużego nasilenia ruchu przekraczają przydzielone im zasoby kodów.
Krótko i węzłowato: im więcej radarów wtórnych jest w użytku, tym więcej konfliktów ma miejsce.
Założeniem nowego trybu pracy SSR jest selektywne aktywowanie transponderów ("S" pochodzi od selective). Termin został międzynarodowo przyjęty dla określenia równoważnych systemów opracowywanych od mniej-więcej 15 lat pod nazwami ADSEL (Address Selective) w Europie i DABS (Discreet Address Beacon System) w USA.
Nowy typ odpowiedzi transpondera z modem S umożliwia użycie 16777216 kodów, co stanowi więcej niż światowa flota statków powietrznych. Mod S używa do identyfikacji 24 impulsów, zatem maksymalna liczba kodów wynosi:
2²⁴ = 16777216 (albo, jak kto woli, 4096 x 4096 = 16777216).
Taka ilość wolnych kodów pozwala nadać kod samolotowi "na całe życie".

Mod S nie jest jedynie ulepszeniem radaru wtórnego. Jest on właściwie nowym łączem transmisji danych, opartym na radarze wtórnym. Pomysł modu S wywodzi się z potrzeby powiększenia ilości informacji w odpowiedzi radaru wtórnego.
Co więcej, stacja naziemna może nie tylko do inicjować transmisję z transpondera, lecz także wysyła do niego swoje dane. Taka wymiana danych jest zdolna przejąć wiele zadań, realizowanych normalnie drogą radiotelefoniczną między pilotem a kontrolerem, redukując ją do niezbędnego minimum, szczególnie na obszarach o dużym natężeniu ruchu. Przy tym cechuje się szybkością, dokładnością i pewnością połączenia, których często brakuje radiu. Praktyczne doświadczenia z modem S w ciągu ostatniej dekady wykazały że istnieje więcej ograniczających operacyjnych, w przezwyciężaniu których może on być pomocny.

Funkcje kierowania ruchem lotniczym z powodzeniem mogą być sprawowane bez odwoływania się do normalnych częstotliwości radiowych VHF. Tekstowa postać wszystkich instrukcji wyklucza wszelkie wątpliwości frazeologiczne i problemy językowe. Błędy człowieka, takie jak złe odczytanie przyrządów, nie mogą się zdarzyć, ponieważ informacja jest przekazywana nie przez pilota, lecz przez transponder, który przekazuje odczyty instrumentów bez udziału człowieka, zupełnie jak przy kodowaniu wysokości w modzie C.
Pewne depesze, takie jak ATIS, METAR itp. mogą być transmitowane automatycznie bez konieczności potwierdzania.

Wymiana danych przy pomocy modu S długo nie mogła doczekać się ustalenia formatu transmisji ani innych szczegółów technicznych - po prostu nikt nie był w stanie udzielić ostatecznej odpowiedzi co przesyłać. To czego chciały linie lotnicze nie interesowało właścicieli radarów, czyli kontroli ruchu lotniczego. Dalej, to co podobało się Stanom Zjednoczonym w Europie było nierealne. Przemysł powiększał zamęt istnym potopem zawsze najwspanialszych i najnowocześniejszych rozwiązań technicznych. W końcu, trochę "krakowskim targiem" ustalono pewien wspólny standard techniczny i kierunek jego rozwoju. Standard ten obejmuje jak dotąd pięć pięter rozwojowych, wzajemnie ze sobą zgodnych.
- Poziom 1: możliwość przesłania do transpondera standardowego 56-bitowego słowa z każdym zapytaniem radaru wtórnego. Wystarcza to tylko dla podstawowego TCAS II, w przypadku komunikatów ATC nie ma żadnej gwarancji że informacja dotarła na pokład w komplecie.
- Poziom 2: możliwość wysłania i odbioru 56 - bitowego słowa danych.
- Poziom 3: poziom 2 plus możliwość przesłania do transpondera rozszerzonej 112-bitowej depeszy.
- Poziom 4: poziom 2 plus możliwość przesłania i odbioru depesz 112-bitowych.
Przewidywana prędkość transmisji Ziemia - samolot 1 Mb/s, samolot - Ziemia 4 Mb/s.
Dla TCAS wystarcza 56-bitów informacji, ADS-B dodaje do tego dwie 112-bitowe depesze.

Samo zapytanie modu S jest właściwie selektywnym wywołaniem jednego konkretnego statku powietrznego. Służy ono do śledzenia i wymiany danych z samolotami, których kody są znane systemowi. jakkolwiek powinien on być zdolny do kontaktowania się z celami wchodzącymi w zasięg. Dotyczy to także samolotów zgłaszających się po raz pierwszy, np. po starcie. Z tego powodu system przemiennie wysyła także zapytania w typowych modach A/C. Te zapytania nie muszą aktywować transponderów samolotów wykrytych wcześniej, więc "staromodne" zapytanie nie wymaga odpowiedzi modem S, lecz tylko A/C.
Ponadto jeśli statek powietrzny przestaje być wykrywany przez system na oczekiwanej pozycji przez następne 60 sekund, jest traktowany jako nowy, a tym samym jest zapytywany modami A/C. Zapytania takie zostały nazwane "sprawdzaniem listy" (lub wywołaniem ogólnym). Zupełnie jak w wojsku - system próbuje zarządzić "apel" w celu ponownego odnotowania wszystkich obecnych.
Samolot wychodzący spod kontroli systemu staje się nowym gościem dla systemu sąsiedniego, w związku z tym może przestać odpowiadać na zapytania systemu którego zasięg opuszcza. W takim przypadku jego transponder musi zostać zwolniony z obowiązku odpowiadania jednej stacji, a tym samym przygotowany na wywołanie ogólne z następnej. Jest to możliwe dzięki temu że stacje radarowe z modem S także mają swoje unikalne identyfikatory, które mogą być przesłane do transpondera, razem ze stosownym poleceniem.
Z powyższych rozważań wynika, że transponder z modem S musi posługuje się kombinacjami zapytań i odpowiedzi modami A/C i S, przez co jest w pełni kompatybilny z systemami z konwencjonalnym radarem wtórnym.

Właściwa modowi S duża ilość dostępnych kodów i techniki zapobiegania zakłóceniom typu fruit umożliwiły powstanie (a właściwie zastosowanie cywilne) nowej techniki dozorowania - multilateracji.

Zapytanie modem S ma długość podobną do zapytań tradycyjnego SSR, ale musi pomieścić wewnątrz polecenia i dane, mające dotrzeć na pokład samolotu. I tu zaczyna się interesująca "zagwozdka" techniczna.
W modzie S, podobnie jak w konwencjonalnym SSR informacja składa się z bitów, których miejsce w szeregu określa czas. W zapytaniu zwykłego SSR bity są reprezentowane przez impulsy.
Wytwarzanie impulsów podlega pewnym ograniczeniom technicznym - w rzeczywistości impulsy nie są idealnie prostokątne, napięcie potrzebuje czasu aby wzrosnąć z logicznego 0 do 1, albo opaść z 1 do 0.
Jeżeli impulsy będą coraz bardziej zagęszczane, czasu na narastanie i opadanie napięć robi się coraz mniej. W konsekwencji zdeformowane impulsy stają się trudno czytelne. A w modzie S trzeba zmieścić wiele bitów (56 lub 112) w przedziale czasu (około 30 mikrosekund), porównywalnym z zapytaniem konwencjonalnego radaru wtórnego (około 20 mikrosekund) o znacznie mniejszej liczbie bitów.
Dlatego też modulacja impulsowa została tu zastąpiona fazową modulacją częstotliwości nośnej. Częstotliwość zapytania (up-link, 1030 MHz) jest oscylującym sygnałem ciągłym, którego faza może być skokowo zmieniana między 0 a 180 stopni (odwrócenie fazy) w określonych odstepach czasu.
Miejsca w których faza jest sprawdzana są bitami. Jeżeli w takim bicie różnica fazy wynosi 0, czyli na tej pozycji nie obserwuje się zmiany fazy (jest ładna, równa fala nośna), bit ma wartość 0. Bit ma wartość 1 kiedy na jego miejscu następuje odwrócenie fazy. Tak więc całe zapytanie jest ciągiem bitów - zer i jedynek, z tym że są one zaznaczone fazą fali nośnej zamiast impulsami. Metoda ta została nazwana DPSK (Differential Phase Shifted Key).

Odpowiedź modem S jest bardzo długa w porównaniu z odpowiedzią konwencjonalnego radaru wtórnego - musi pomieścić sporo bardzo zróżnicowanych danych. Jej całkowity czas trwania wynosi 64 lub 120 mikrosekund, zależnie od ilości bitów informacji. Jest to z grubsza 3 do 5 razy dłużej niż odpowiedź zwykłego SSR. Mimo tego możliwość garblingu praktycznie nie istnieje, ponieważ tylko jeden transponder nadaje w tym czasie.
Odpowiedź modem S używa jako zapowiedzi sygnału zwanego preambułą. Jest to grupa czterech impulsów po 0.5 mikrosekundy, umieszczonych kolejno 0, 1, 3.5 i 4.5 mikrosekundy od początku odpowiedzi. 8 mikrosekund od startu następuje blok danych, złożony z 56 albo112 przedziałów czasowych po 1 mikrosekundzie. Każdy z nich stanowi jeden bit. Do emisji używa się modulacji impulsowej. Ponieważ impulsy mają różne znaczenie w zależności od ich pozycji, ten typ modulacji nazywa się modulacją impulsowo - pozycyjną (PPM - Pulse Position Modulation).