Хотя частицы иногда ускоряются в накопительных кольцах, основное назначение этих колец — сделать возможным энергетическое взаимодействие между пучками частиц, движущихся в противоположных направлениях. Когда движущийся объект сталкивается с таким же объектом, находящимся в состоянии покоя, не более половины кинетической энергии движущегося объекта может быть использовано для выделения тепла или деформации объектов; оставшаяся часть приходится на движения объектов после столкновения. Если же два объекта движутся в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями, то в момент столкновения вся кинетическая энергия доступна для выделения тепла или деформации. Если объекты слиплись, то после столкновения они находятся в состоянии покоя. Для частиц со скоростями, близкими к скорости света, этот эффект усиливается. Если протон с энергией 400 ГэВ столкнется с протоном, находящимся в состоянии покоя, для взаимодействия будет доступно только 27,4 ГэВ; оставшаяся часть приведет к движению частиц. С другой стороны, если сталкиваются два протона с энергией 31,4 ГэВ, то для взаимодействия доступно 62,3 ГэВ (столкновение происходит не совсем «лоб в лоб»).
В мишени из жидкого или твердого вещества число частиц на единицу объема, доступных ускоряющему пучку, велико, но когда мишенью одного пучка является другой пучок, число взаимодействующих частиц гораздо меньше: скорость взаимодействия пропорциональна произведению токов в двух пучках. Дональд В. Керст, создатель первого бетатрона, в 1956 году понял, что, хотя ток пучка в ускорителе высоких энергий мал, токи, циркулирующие в кольцах магнита, в действительности намного больше из-за высокой орбитальной частоты частиц. Таким образом, если сталкивающиеся пучки циркулируют в таких кольцах, можно проводить полезные эксперименты по изучению взаимодействий. В аппарате со сталкивающимися пучками два пучка могут состоять из одинаковых частиц (например, два пучка протонов), и в этом случае установка состоит из двух отдельных колец магнитов. В одном кольце магнитные поля направляют частицы по часовой стрелке, в другом — поля ориентированы в противоположном направлении, чтобы направлять частицы против часовой стрелки. Кольца пересекаются в «областях взаимодействия», где пучки сталкиваются. В других случаях два пучка состоят из частиц с противоположным зарядом (например, электронов и позитронов, протонов и антипротонов). Такие пучки движутся в противоположных направлениях в одной и той же вакуумной камере, направляемые одними и теми же магнитами. Частицы сгруппированы таким образом, что они сталкиваются только в областях взаимодействия.
Самые высокие энергии взаимодействия в настоящее время достигаются и в будущем будут достигаться в накопительных кольцах со сталкивающимися пучками. Это ставит исследования с ними на самый передний край поиска знаний, несмотря на то, что многие типы экспериментов не могут быть проведены с накопительными кольцами. Это верно отчасти потому, что число взаимодействий в накопительном кольце составляет малую долю от числа взаимодействий в стационарной мишени, а отчасти потому, что накопительные пучки не создают интенсивных пучков вторичных частиц.
