Radioteleskop rejestruje fale radiowe emitowane przez ciała niebieskie. Wygląda jak duża czasza, ale działa inaczej niż teleskop optyczny. Zamiast szklanych soczewek lub luster, wykorzystuje metalową powierzchnię do zbierania fal radiowych i skupiania ich na odbiorniku. Odbiornik wzmacnia sygnał i przesyła go do komputera w celu przetworzenia.

Radioteleskopy mogą prowadzić obserwacje w dzień i w nocy, a ich działanie nie jest zakłócane przez chmury. Potrafią wykrywać obiekty niewidoczne w świetle widzialnym, w tym zimne obłoki gazu, pulsary i mikrofalowe promieniowanie tła. Potrafią również przenikać przez pył blokujący teleskopy optyczne, odsłaniając centra galaktyk i miejsca narodzin gwiazd.

Największym radioteleskopem z pojedynczą anteną jest Teleskop Sferyczny o Aperturze Pięćset metrów (FAST) w Chinach. Najpotężniejszym jest Very Large Array w Nowym Meksyku, który łączy 27 anten, aby osiągnąć rozdzielczość znacznie większego instrumentu. Teleskop Horyzontu Zdarzeń (Event Horizon Telescope) połączył anteny radiowe na całym świecie, aby uzyskać obrazy czarnej dziury.

Radioastronomia narodziła się przypadkiem. W 1932 roku Karl Jansky, badając zakłócenia statyczne w transatlantyckiej komunikacji radiowej, odkrył sygnał pochodzący z Drogi Mlecznej. Odkrył emisję radiową z galaktyki i tak narodziła się nowa gałąź astronomii.