Come suggerisce il nome "Compact Muon Solenoid", la rivelazione dei muoni e' uno dei compiti piu' importanti dell'esperimento. I muoni sono particelle cariche come l'elettrone e il positrone, solo che pesano 200 volte di piu'. Vengono prodotti nei decadimenti di molte potenziali nuove particelle; per esempio una delle topologie piu' evidenti del bosone di Higgs e' il suo decadimento in 4 muoni.
Siccome i muoni possono penetrare parecchi metri di ferro senza interagire, al contrario della maggior parte delle particelle i muoni non sono "fermati" da nessuno dei calorimetri di CMS. I rivelatori di muoni sono quindi collocati all'esterno del magnete,  dove solo i muoni sono in grado di giungere e lasciare un segnale.
Il rivelatore di muoni e' suddiviso in quattro "stazioni" a distanza crescente dal punto di interazione. Ogni stazione e' composta da svariate camere individuali. Ogni camera e' a sua volta costituita di vari strati indipendenti. Un muone viene misurato dalla traccia curva formata dall'interpolazione dei segnali nelle quattro stazioni di camere. Unendo la posizione misurata dalle camere a muoni con la posizione misurata dal tracciatore centrale si ricava con grande precisione la traiettoria di un muone. Dalla curvatura della traiettoria nel campo magnetico possiamo misurare  l'impulso del muone. Il magnete di CMS e' molto potente in modo da poter deviare anche muoni di alta energia e da permettere di misurarne l'impulso.
In totale ci sono 1400 camere a muoni: 250 camere a deriva "Drift Tubes" (DT) e 540 camere proporzionali con catodo segmentato in strips "Cathode Strip Chambers" (CSC) tracciano le particelle che le attraversano e forniscono un segnale di trigger, mentre 610 camere resistive "Resistive Plate Chambers" (RPC) formano un sistema di trigger ridondante, che permette di decidere rapidamente se accettare o meno un muone. Siccome il rivelatore di muoni e' composto da molti strati di sottorivelatori di tipi diversi, il sistema e' particolarmente robusto ed in grado di filtrare il rumore di fondo.
Le DT e le RPC sono disposte su cilindri concentrici attorno alla direzione del fascio (regione "barrel") mentre le CSC e le RPC formano i dischi di chiusura "endcap" della regione barrel.
Muon stations