RC-135电子侦察机的雷达侦察系统，可以收集敌方预警、制导和引导雷达的频率等技术参数，并对其进行定位。世界上各种雷达参数都在其测量范围内，其测量精度相当高，方位精度达到1度。机上通信信号侦察系统可侦察到音频、话频、电传、电报等信号。在1万米高度可侦测到600-800公里距离的电台。所侦测到的电子信号能自动录音，并通过压缩通信传给地面站或返回基地进行处理。对特别重要的信息情报，可以通过监听手段直接形成情报，及时报告给地面指挥官。美国空军战时对 RC-135使用的惯例是与E-3预警机和E-8"联合星"联手，向决策者、战场指挥官和战斗机飞行员提供实时的战斗管理情报。
对中国安全构成重大威胁
在美国诸多侦察机中，电子侦察机是最活跃的。相对于用光学照相侦察和合成孔径雷达进行对地侦察的飞机，电子侦察机的优势主要在于侦察距离比前者远得多，且前者容易受到干扰。
平时，RC-135主要用于对世界范围内的目标国进行高空远程战略侦察，由于其装有高频、甚高频和极高频无线电通讯、雷达和侦察系统，所以RC-135在执行侦察任务时最大的好处就是无须进入敌国领空或者过于贴近敌国领空活动，可在公共空域进行侦察活动。该机与"全球鹰"高空无人侦察机和新一代侦察卫星一起被美国空军视为21世纪最重要的侦察工具。
美国的电子侦察行动即使在和平时期也绝不闲着，亚太地区就是近几年美国侦察的重点。韩国军方人士曾透露，朝鲜半岛局势紧张的时候，RC-135和EP-3每周从冲绳飞往朝鲜半岛2-3次，监视朝军动向。这些侦察机北上至黄海白翎岛附近后，在韩国领空、领海和公海飞行数小时，监视黄海北方界线和停战线以北的朝军动态。而据美国战略之页网站报道，RC-135在对中国进行侦察时，通常是从日本冲绳岛的美军基地起飞，先向北飞行，快到中国领海领空时开始转弯向南飞行，沿着中国东南沿海一带的海空边界平行飞行，一直到最南边，然后再调头往北飞行，一次起飞大约可循环侦察飞行4次。有中国军事专家指出，RC-135飞机已经对中国国防安全构成重大威胁。
