Radioteleskop detekuje rádiové vlny vyzařované nebeskými objekty. Vypadá jako velká parabola, ale funguje jinak než optický dalekohled. Místo skleněných čoček nebo zrcadel používá kovový povrch ke sběru rádiových vln a jejich zaostřování na přijímač. Přijímač signál zesiluje a odesílá jej do počítače ke zpracování.

Radioteleskopy mohou pozorovat ve dne i v noci a nejsou ovlivněny mraky. Dokážou detekovat objekty, které jsou ve viditelném světle neviditelné, včetně oblaků studeného plynu, pulsarů a kosmického mikrovlnného pozadí. Dokážou také proniknout prachem, který blokuje optické dalekohledy, a odhalit tak středy galaxií a místa zrodu hvězd.

Největším jednopanelovém radioteleskopem je Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) v Číně. Nejvýkonnějším zařízením je Very Large Array v Novém Mexiku, které kombinuje 27 antén a dosahuje rozlišení mnohem většího přístroje. Event Horizon Telescope propojil rádiové antény po celém světě, aby zobrazil černé díry.

Radioastronomie vznikla náhodou. V roce 1932 Karl Jansky studoval statickou elektřinu v transatlantické rádiové komunikaci a objevil signál přicházející z Mléčné dráhy. Objevil rádiové vyzařování z galaxie a zrodila se nová větev astronomie.