I computer nelle stazioni in giro per il mondo sono chiamati, all'interno del network, i “Dizionari”. Computer che possono cercare attraverso il flusso delle comunicazioni per mezzo di keywords esistevano almeno dal 1970, ma il sistema ECHELON è stato progettato dalla NSA per interconnettere tutti questi computer e permettere alle diverse stazioni di funzionare come componenti di un sitema integrato. La NSA e la GCSB sono entrambe legate alle cinque nazioni firmatarie del UKUSA Strategy Agreement, un patto di collaborazione nella raccolta di "Signal Intelligence" stretto nel 1948, la cui stessa esistenza non è mai stata ufficialmente confermata dai suoi cinque aderenti. Gli altri tre partner hanno tutti egualmente nomi abbastanza oscuri come il Government Communications Headquarters (GCHQ) in Gran Bretagna, la Communications Security Establishment (CSE) in Canada, ed il Defense Signals Directorate (DSD) in Australia.
L'alleanza nasce dallo sforzo cooperativo per intercettare trasmissioni radio durante la Seconda Guerra Mondiale, formalizzata come detto nel 1948 nell'accordo UKUSA che era orientato essenzialmente contro l'Unione delle Repubbliche Socialiste Sovietiche. Le cinque agenzie firmatarie del patto UKUSA sono oggi le agenzie più grandi nei loro paesi. Con la maggior parte delle comunicazioni di affari e non che viaggiano attraverso fax, e-mail e telefonate è chiaro che le maggiori risorse vengano riservate a queste agenzie.
Per decine di anni prima dell'introduzione del sistema ECHELON, le agenzie dell'alleanza UKUSA lavoravano comunque l'una per l'altra, ma ognuna era solita intercettare ed analizzare i messaggi nelle proprie stazioni.
Con ECHELON, i computer detti “dizionari”, contengono non solo le keywords immesse dalla propria agenzia, ma anche quelle immesse dalle altre quattro agenzie. In Nuova Zelanda nella stazione di intercettazione satellitare di Waihopai (nel Isola del Sud), per esempio, il computer ha differenti liste di ricerca per NSA, GCHQ, DSD, e CSE in aggiunta alle proprie. Laddove il “dizionario” incontra un messaggio contenente una delle keywords immesse dalle agenzie lo prende e lo spedisce automaticamente al quartier generale dell'agenzia competente. Nessuno in Nuova Zelanda conosce le informazioni raccolte dalle stazioni in Nuova Zelanda per le agenzie alleate.
Così le stazioni degli alleati minori della alleanza UKUSA funzionano per la NSA come se fossero proprie basi fuori dal territorio USA.
Il primo componente del network ECHELON è costituito da stazioni specificatamente orientate sui satelliti di comunicazioni internazionale (Intelsats) usati dalle compagnie dei telefoni di molti paesi. Un anello formato da questi satelliti è posizionato in orbita stazionaria intorno al mondo (all'altezza dell'equatore), ognuno di questi satelliti serve come trasmettitore per decine di migliaia di chiamate telefoniche simultanee, fax ed e-mail. Cinque stazioni UKUSA sono state attrezzate per intercettare le comunicazioni trasmesse dai satelliti Intelsats.
La stazione britannica del GCHQ si trova in cima alle alte scogliere sul mare a Morwenstow in Cornovaglia. Le antenne paraboliche, accanto agli edifici di calcolo, puntano i satelliti Intelsats sull'Atlantico, l'Europa e inclinando le antenne verso l'orizzonte anche sull'Oceano Indiano. Una stazione della NSA a Sugar Grove, posizionata a 250 chilometri a sud-ovest di Washington, DC, nelle montagne della Virginia occidentale copre le trasmissioni Atlantiche degli Intelsats verso Nord e Sud America. Un'altra stazione sta nello stato di Washington [nord-ovest degli USA ndt], 200 chilometri a sud ovest di Seattle, all'interno di una base militare, Yakima Firing Center. Le sue parabole satellitari sono puntate sugli Intelsats del Pacifico verso Est.
Ciò che non viene intercettato a Yakima arriva in Nuova Zelanda ed in Australia. La loro posizione nel Sud del Pacifico garantisce la copertura globale delle intercettazioni. La Nuova Zelanda con la stazione di Waihopai e l'Australia con quella di Geraldton nell'Australia Occidentale (che punta sugli Intelsats dell'Oceano Pacifico e su quelli sull'Oceano Indiano).
Ognuna delle cinque stazione dove sono i “dizionari” possiede un nome in codice che la distingue dalle altre della rete. Ad esempio la stazione di Yakima, posizionata in un paese deserto tra le Saddle Mountains e le Rattlesnake Hills, ha il nome in codice di COWBOY Dictionary, mentre la stazione di Waihopai ha quello di FLINTLOCK Dictionary.
Questi nomi in codice sono registrati all'inizio di ogni messaggio intercettato prima che sia distribuito attraverso il network di ECHELON, e permette così all'analizzatore di individuare subito quale stazione ha effettuato l'intercettazione.
Il personale dei servizi neozelandesi è stato strettamente collegato al lavoro della base del NSA di Yakima fin dal 1981 quando la NSA spinse il GCSB a contribuire ad un progetto che aveva come obiettivo il sistema di comunicazione delle rappresentanze diplomatiche giapponesi. Fin da allora, tutte le cinque agenzie dell'accordo UKUSA, sono state responsabili di aver monitorato le comunicazioni diplomatiche giapponesi dalle loro basi sparse per il mondo.
Fino all'integrazione della Nuova Zelanda in ECHELON, avvenuta nel 1989 con l'apertura della stazione di Waihopai, la propria quota di comunicazioni giapponesi veniva intercettata a Yakima e spedita grezza al quartier generale del GCSB a Wellington per la decrittazione, la traduzione e la codifica nel formato UKUSA (i programmi di decrittazione erano forniti dal NSA).