Ένα ραδιοτηλεσκόπιο ανιχνεύει ραδιοκύματα που εκπέμπονται από ουράνια αντικείμενα. Μοιάζει με ένα μεγάλο πιάτο, αλλά λειτουργεί διαφορετικά από ένα οπτικό τηλεσκόπιο. Αντί για γυάλινους φακούς ή καθρέφτες, χρησιμοποιεί μια μεταλλική επιφάνεια για να συλλέγει ραδιοκύματα και να τα εστιάζει σε έναν δέκτη. Ο δέκτης ενισχύει το σήμα και το στέλνει σε έναν υπολογιστή για επεξεργασία.

Τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να παρατηρούν την ημέρα ή τη νύχτα και δεν επηρεάζονται από τα σύννεφα. Μπορούν να ανιχνεύσουν αντικείμενα που είναι αόρατα στο ορατό φως, συμπεριλαμβανομένων των νεφών ψυχρού αερίου, των πάλσαρ και του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων. Μπορούν επίσης να διαπεράσουν τη σκόνη που μπλοκάρει τα οπτικά τηλεσκόπια, αποκαλύπτοντας τα κέντρα των γαλαξιών και τους τόπους γέννησης των αστεριών.

Το μεγαλύτερο ραδιοτηλεσκόπιο με μία μόνο κεραία είναι το Σφαιρικό Τηλεσκόπιο με Διάφραγμα Πεντακοσίων μέτρων, ή FAST, στην Κίνα. Η πιο ισχυρή συστοιχία είναι η Πολύ Μεγάλη Συστοιχία στο Νέο Μεξικό, η οποία συνδυάζει 27 κεραίες για να επιτύχει την ανάλυση ενός πολύ μεγαλύτερου οργάνου. Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντας Γεγονότων συνέδεσε κεραίες ραδιοφώνου σε όλο τον κόσμο για να απεικονίσει μια μαύρη τρύπα.

Η ραδιοαστρονομία ξεκίνησε τυχαία. Το 1932, ο Καρλ Γιάνσκι μελετούσε στατική στις διατλαντικές ραδιοεπικοινωνίες και ανακάλυψε ένα σήμα που προερχόταν από τον Γαλαξία μας. Είχε ανακαλύψει ραδιοεκπομπές από τον γαλαξία και έτσι γεννήθηκε ένας νέος κλάδος της αστρονομίας.