A rádiótávcső az égitestek által kibocsátott rádióhullámokat érzékeli. Úgy néz ki, mint egy nagy parabolaantenna, de másképp működik, mint egy optikai távcső. Üveglencsék vagy tükrök helyett egy fémfelületet használ a rádióhullámok összegyűjtésére és egy vevőre fókuszálására. A vevő felerősíti a jelet, és egy számítógépnek küldi feldolgozásra.

A rádiótávcsövek nappal és éjszaka is képesek megfigyelni, és a felhők nem befolyásolják őket. A látható fényben láthatatlan objektumokat is képesek észlelni, beleértve a hideg gázfelhőket, a pulzárokat és a kozmikus mikrohullámú hátteret. Áthatolnak az optikai távcsöveket eltakaró poron is, feltárva a galaxisok középpontjait és a csillagok szülőhelyeit.

A legnagyobb egytányéros rádiótávcső az ötszáz méteres apertúrájú gömb alakú teleszkóp (Five-hundred Meter Aperture Spherical Telescope, FAST), Kínában. A legerősebb tömb az új-mexikói Very Large Array, amely 27 parabolaantennát kombinál, hogy egy sokkal nagyobb műszer felbontását érje el. Az Event Horizon Telescope rádióantennákat kötött össze világszerte, hogy képet készítsen egy fekete lyukról.

A rádiócsillagászat véletlenül kezdődött. 1932-ben Karl Jansky a transzatlanti rádiókommunikációban fellépő statikus zavarokat tanulmányozta, és egy, a Tejútrendszerből érkező jelet talált. Felfedezte a galaxisból érkező rádiókibocsátást, és ezzel a csillagászat egy új ága született.