Le montage de Gaia repose sur une structure octogonale très stable, pour la définition de l'angle entre les 2 lignes de visée astrométriques. Une 3ème ligne de visée est utilisée pour des mesures spectrométriques. La collecte du signal sur chaque ligne de visée implique 3 miroirs : les miroirs primaire et tertiaire se situent dans un même plan, et font face au miroir secondaire et au détecteur. Vu le nombre gigantesque de cibles à mesurer, le plan focal est composé d'une mosaïque de plusieurs dizaines de CCD. Le mode de lecture des CCD est original : les lignes du CCD sont positionnées exactement parallèlement au déplacement apparent de l'image suite à la rotation propre du satellite, et la pose et le transfert des charges d'un pixel à l'autre suivent le déplacement de l'image stellaire le long de la ligne du CCD.