Een radiotelescoop detecteert radiogolven die door hemellichamen worden uitgezonden. Hij ziet eruit als een grote schotel, maar werkt anders dan een optische telescoop. In plaats van glazen lenzen of spiegels gebruikt hij een metalen oppervlak om radiogolven op te vangen en te focussen op een ontvanger. De ontvanger versterkt het signaal en stuurt het naar een computer voor verwerking.

Radiotelescopen kunnen zowel overdag als 's nachts waarnemingen doen en worden niet beïnvloed door wolken. Ze kunnen objecten detecteren die onzichtbaar zijn in zichtbaar licht, waaronder koude gaswolken, pulsars en de kosmische microgolfachtergrondstraling. Ze kunnen ook door stof heen kijken dat optische telescopen blokkeert, waardoor de centra van sterrenstelsels en de geboorteplaatsen van sterren zichtbaar worden.

De grootste radiotelescoop met één schotel is de Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, ofwel FAST, in China. De krachtigste array is de Very Large Array in New Mexico, die 27 schotels combineert om de resolutie van een veel groter instrument te bereiken. De Event Horizon Telescope koppelde radiotelescopen over de hele wereld aan elkaar om een ​​zwart gat in beeld te brengen.

Radioastronomie is bij toeval ontstaan. In 1932 onderzocht Karl Jansky ruis in transatlantische radioverbindingen en ontdekte een signaal afkomstig uit de Melkweg. Hij had radio-emissie van het sterrenstelsel ontdekt, en daarmee was een nieuwe tak van de astronomie geboren.