日本导弹防御系统主要由预警探测系统、导弹拦截系统和指挥控制系统三部分组成。
预警探测系统主要包括陆基、海基、空基预警探测系统。陆基预警探测系统由部署在北海道、秋天、福岛、石川、京都、三重、佐贺的7部FPS-3改进型雷达，部署在鹿儿岛、青森、新泻、冲绳的4部FPS-5雷达构成。海基预警探测任务由“宙斯盾”驱逐舰上装备的AN/SPY-1D相控阵雷达担负。空基预警探测任务主要由部署在东京附近滨松基地的4架E-767和13架E-2C预警机担负。另外，日本还在筹划发展天基预警系统。
导弹拦截系统由海基中段导弹防御系统和地基末段导弹防御系统两部分构成。
其中，海基中段导弹防御系统主要由“金刚”号、“鸟海”号、“妙高”号和“雾岛”号4艘“金刚”级“宙斯盾”驱逐舰和“爱宕”号、“足柄”号2艘“爱宕”级“宙斯盾”驱逐舰组成。这些驱逐舰分别部署于长崎县佐世保海军基地、京都府舞鹤海军基地和神奈川县横须贺海军基地。4艘“金刚”级“宙斯盾”驱逐舰全部装备“标准-3”导弹，2艘“爱宕”级“宙斯盾”驱逐舰则装备“标准-2”导弹。
地基末端导弹防御系统由部署在埼玉县入间基地、千叶县习志武基地、神奈川县武山基地、茨城县霞浦基地、静冈县滨松基地、岐阜县岐阜基地、滋贺县饗庭野基地、三重县白山基地和福冈县的筑城基地、芦屋基地、高良台基地共11个基地的16套124枚“爱国者-3”导弹（32枚由美国进口，92枚由日本三菱重工生产）构成，主要防御环东京的首都圈、其他大城市以及核工厂等重点目标。未来在冲绳那霸基地也有可能部署“爱国者-3”导弹。另据日本《每日新闻》报道，日本还计划购买美国末段高空区域防御系统，该系统是美国导弹防御系统的重要组成部分，兼有在大气层高空和大气层外拦截弹道导弹的能力。
指挥控制系统的核心是在航空自卫队“基地防空地面环境”自动警戒管制系统基础上研制的“日本空天防御地面环境”系统。该系统主要由航空总队指挥系统和战术数据交换系统构成，可直接接收来自联合战术地面站的信息，并可将其传送至“宙斯盾”导弹防御系统和“爱国者-3”导弹防御系统。
