L'esperimento ICARUS mira ad uno studio completo delle oscillazioni di neutrini attraverso l'identificazione e l’analisi dettagliata di neutrini provenienti sia da sorgenti naturali sia da fasci artificiali (CNGS: CERN to Gran Sasso Long Baseline Neutrino Beam). Altro tema di importanza fondamentale per ICARUS è lo studio della stabilità della materia barionica mediante la ricerca del decadimento del nucleone in alcuni canali esotici.
L'argon liquido presenta caratteristiche interessanti ai fini della calorimetria e della rivelazione di particelle ionizzanti. In particolare, la camera a proiezione temporale (TPC) ad argon liquido offre la possibilità di lavorare come in una camera a bolle elettronica, continuamente sensibile, auto-triggerante, in grado di fornire immagini tridimensionali di ogni evento ionizzante, abbinate ad una buona risposta calorimetrica. Lo sviluppo della tecnica costruttiva, a partire dalla prima proposta di Carlo Rubbia nel 1977, ha visto la realizzazione di diversi prototipi di massa sempre maggiore, fino all'attuale realizzazione di un rivelatore da 600 tonnellate (ICARUS T600) nella sala B dei Laboratori del Gran Sasso.
Nell'estate del 2001 è stato messo in funzione a Pavia il primo modulo del rivelatore T600. I risultati ottenuti in questo breve periodo di attività hanno messo in evidenza l'affidabilità della struttura meccanica, dell'impianto criogenico e dell'apparato di rivelazione. L'analisi di eventi di raggi cosmici acquisiti ha consentito infine lo studio e l'ottimizzazione delle principali caratteristiche fisiche del rivelatore.
Nel dicembre del 2004 i due moduli del rivelatore sono stati trasportati al Gran Sasso e sistemati in una zona di parcheggio provvisoria nella sala B del laboratorio. Nel marzo 2005 è stata completata la struttura esterna di supporto ed e' iniziata la fase di assemblaggio dei pannelli di isolamento termico laterali ed inferiori all'interno della struttura medesima. Il posizionamento dei due moduli nella posizione finale è stata completata nel giugno 2007. La parte interna del rivelatore (fili, fotomoltiplicatori, monitor purezza, sensori) è stata ispezionata nel successivo mese di luglio.
Successivamente sono stati montati sul piano superiore del rivelatore le strutture a camino per il passaggio dei cavi elettrici di segnale ed è stata completata la struttura di isolamento termico del dispositivo. Nel 2008 l’apparato è stato completato con l’assemblaggio dell’elettronica, la realizzazione del sistema di ricircolo/condensazione dell'azoto liquido di raffreddamento dei criostati, l’implementazione dei sistemi di pompaggio del vuoto e dello slow-control. Nel corso del 2009 l'apparato e' stato testato in condizioni di vuoto e di sovra-pressione; le fughe identificate sono state riparate. Nel maggio del 2010 l'apparato è stato messo in esercizio raccogliendo i primi eventi di neutrino da fascio CNGS e da raggi cosmici.
L'esperimento ha continuato a prendere i dati con il fascio CNGS fino a metà del mese di dicembre 2012, con la chiusura del programma CNGS. La presa dati continuerà ancora per alcuni mesi con eventi cosmici.
L'analisi dati si è concentrata su due argomenti principali, per i quali sono state prodotte pubblicazioni: 1) La misura della "velocità dei neutrini", problema sollevato da alcuni risultati preliminari di OPERA, dimostra che il tempo di volo CERN-LNGS dei neutrini è compatibile con tempi di propagazione alla velocità della luce. 2) L '"anomalia LSND", indagata mediante la ricerca di un eccesso di nu_e sopra i fondi previsti per il CNGS. L'assenza di un eccesso di segnale, in combinazione con tutti i risultati esistenti disponibili, permette di limitare considerevolmente i parametri di oscillazione in accordo con i dati cosmologici, anche suggerendo la presenza di un quarto stato di neutrino sterile.