Muatan utama Poseidon adalah beragam sensornya, termasuk radar aperture sintetis APY-10 multi-mode, yang tidak hanya dapat melacak posisi kapal yang jaraknya lebih dari ratusan mil, namun memiliki mode resolusi tinggi yang dapat melihat periskop kapal selam yang keluar di atas ombak dan bahkan mengidentifikasi kelas kapal selam.
Sebuah turbin elektro-optik / inframerah MX-20 menyediakan pilihan pencarian jarak jauh, sementara ALQ-240 Electronic Support Measure (ESM) berasal dari sistem onboard yang dikembangkan oleh EA-18G Growler sebagai sensor elektromagnetik, yang sangat berguna untuk melacak posisi pemancar radar.
Penambahan terbaru adalah Advanced Airborne Sensor, radar AESA dua sisi yang dapat menawarkan pemindaian 360 derajat pada target di wilayah darat atau pesisir, dan yang memiliki aplikasi potensial sebagai platform jamming atau bahkan cyberwarfare.
Sejumlah sistem kunci pada P-8 dirancang untuk melacak kapal selam yang tenggelam. Sistem peluncur di bagian belakang P-8 dapat mengeluarkan pelampung sonar ke dalam air. Upgrade baru-baru ini memungkinkan P-8 untuk menggunakan pelampung Multistatic Active Coherent baru yang menghasilkan banyak gelombang sonar dari waktu ke waktu, memungkinkan jangkauan ketahanan dan pencarian yang lebih baik.
P-8 juga memiliki sensor akustiknya sendiri, dan bahkan sensor hidrokarbon baru yang bisa mengendus uap bahan bakar dari kapal selam.
Namun, P-8 tidak memiliki sensor MAD di ekor seperti Orion P-3 yang berguna untuk mendeteksi lambung logam kapal selam saat terbang di ketinggian rendah. Berbagai alasan telah ditawarkan untuk menggantinya: MAD yang beratnya hampir mencapai 3.500 pound, tidak sesuai dengan profil pencarian high-altitude P-8, atau sensor baru pada P-8 membuatnya tidak perlu.
Namun, Angkatan Laut AS dilaporkan mengembangkan varian dari pesawat terbang yang diluncurkan, yang disebut High-Altitude Unmanned Targeting Air System, yang dapat membawa sensor MAD dan mengirimkan temuannya kembali ke P-8.
Lima stasiun operator di sisi port pesawat membawa display multifungsi yang dapat dikonfigurasi untuk menampilkan sensor dan kontrol apa pun yang paling berguna dalam situasi ini. Komputer P-8 dirancang untuk menggabungkan data ke dalam satu gambar koheren untuk operator-dan kemudian dapat “mendorong” data tersebut ke kapal dan pesawat terbang kawan.
Beberapa orang berpendapat bahwa Poseidon dapat berubah menjadi semacam pembom B-52 dengan melepaskan berbagai senjata dipandu, seperti rudal antiradar jarak jauh AGM-158, rudal antipert LR-ASM atau small diameters boms untuk serangan darat.
