Trên mỗi phi cơ đều có hai thiết bị lưu các số liệu chuyến bay và ghi âm buồng lái. Là đầu mối để xác định nguyên nhân mỗi vụ tai nạn hàng không, chúng được thiết kế siêu bền, sơn màu da cam (nhưng vẫn được gọi tên là hộp đen) và có thể tự phát tín hiệu báo vị trí.
Trên mỗi chiếc máy bay đều có hai thiết bị cùng được gọi là hộp đen gồm Máy ghi âm buồng lái (CVR) và Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR). Thực chất chúng được sơn màu da cam nhằm dễ nhận thấy nhất. Cả hai đều hoạt động từ nguồn điện lấy từ máy phát sản sinh điện từ động cơ máy bay.
Máy ghi âm buồng lái (CVR)
Tất cả các máy bay thương mại ngày nay đều có các microphone gắn trong buồng lái, nhằm lưu lại mọi liên lạc và trao đổi của phi hành đoàn. Các microphone này cũng được thiết kế để bắt được mọi tiếng động khác trong buồng lái như tiếng bật công tắc, gõ cửa...
Thông thường mỗi buồng lái máy bay có 4 microphones được gắn trong tai nghe của cơ trưởng, tai nghe của phi công phụ lái, tai nghe của thành viên thứ ba phi hành đoàn và gắn tại trung tâm buồng lái, nơi có thể ghi lại các tín hiệu báo động và những âm thanh khác. Mỗi chiếc microphone này nối trực tiếp tới hộp đen CVR. Mọi âm thanh trong buồng lái đều được các microphone này thu lại và chuyển tới CVR, nơi tiến hành mã hóa và lưu trữ.
Hầu hết các CVR sử dụng công nghệ băng từ có thể ghi lại 30 phút âm thanh, khi nào hết lại ghi lại từ đầu. Do đó chúng luôn ghi lại 30 phút trao đổi cuối cùng trong buồng lái trước khi tai nạn xảy ra. Trong khi đó, hộp đen CVR sử dụng công nghệ thể rắn có thể ghi được tới 2 tiếng âm thanh.
Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR)
Chiếc hộp đen thứ hai trên máy bay này được thiết kế để ghi lại nhiều dữ liệu hoạt động từ các hệ thống vận hành trên máy bay. Có các cảm biến điện tử được nối từ nhiều vị trí trên máy bay tới thiết bị thu nhận dữ liệu chuyến bay. Từ đây dữ liệu tiếp tục được chuyển về hộp đen FDR lưu trữ. Bất cứ công tắc nào trên máy bay được bật hoặc tắt cũng đều được FDR ghi lại.
Tại Mỹ, Cơ quan quản lý hành không liên bang (FAA) của nước này quy định máy bay thương mại phải ghi lại tối thiểu 11 tới 29 thông số của chuyến bay tùy quy mô chở khách của máy bay. Các hộp đen FDR dùng công nghệ băng từ có thể ghi tối đa 100 thông số, trong khi FDR dùng công nghệ thể rắn có thể ghi lại hơn 700 thông số.
Công nghệ thể rắn có thể lưu nhiều thông số hơn vì chúng cho phép dữ liệu được truyền nhanh hơn. FDR thể rắn có thể lưu tới 25 tiếng dữ liệu chuyến bay và mỗi thông số đều cho phép các nhà điều tra có thêm đầu mối để xác định nguyên nhân tai nạn. Từ năm 1997, Cơ quản quản lý hàng không liên bang Mỹ quy định hộp đen FDR của các máy bay sản xuất sau ngày 19/8/2002 phải ghi được tối thiểu 88 thông số. Những thông số chính của chuyến bay mà hầu hết các FDR đều phải ghi lại gồm thời gian bay, áp suất, tốc độ bay, gia tốc thẳng đứng, ví trí các bộ phận cánh và lưu lượng của nhiên liệu.
Thiết kế siêu bền
Trong rất nhiều vụ tai nạn máy bay, thiết bị duy nhất còn hoạt động được chính là phần lõi của hai hộp đen được thiết kế có thể chống va đập cực mạnh (CSMU). CSMU có hình trụ được đặt bên trong các hộp đen. Đây là phần còn nguyên vẹn cho dù những bộ phận khác của hộp đen bị hư hại trong tai nạn vì được thiết kế để chịu được nhiệt độ cực lớn và va đập có lực ép hàng tấn. Trong những hộp đen đời cũ dùng công nghệ băng từ, phần lõi CSMU thường được đặt trong chiếc hộp hình chữ nhật.
Để đảm bảo độ bền hộp đen, nhà sản xuất phải tiến hành thử nghiệm đặc biệt tỉ mỉ đối với bộ phận lõi CSMU. Nếu các nhà điều tra có thứ này trong tay họ sẽ lấy lại được các thông tin họ cần. Những thử nghiệm của nhà sản xuất đối với phần lõi hộp đen thường là thử va đập cực mạnh giống một vụ tai nạn thực sự, thử lửa, thử ngập sâu dưới đáy biển có độ muối cao hay ngâm trong chất lỏng có nhiều hóa chất. Thông thường hộp đen có thể chịu được nhiệt độ cao tới 1.100oC trong 30 phút liên tục và ngâm dưới độ sâu lên tới 6.100 mét trong 30 ngày.
Nhà sản xuất hộp đen thường bán trực tiếp sản phẩm của họ cho các nhà chế tạo máy bay để tiến hành lắp đặt trên phi cơ. Cả hai chiếc hộp đen đều được đặt ở phần đuôi của máy bay, nhằm gia tăng khả năng sống sót cho chúng trong mỗi vụ tai nạn. Theo các chuyên gia, phần đuôi của máy bay thường là vị trí cuối cùng chịu lực tác động khi tai nạn xảy ra nên là phần có độ an toàn cao nhất.