Por lo general, un radiotelescopio utiliza un gran platillo reflector para recolectar y concentrar las ondas de radio en el receptor. Algunos telescopios consisten de un gran platillo, aunque otros pueden contener una serie de platillos pequeños, los cuales se enfocan en una fuente individual de emisiones en el cielo. Conforme la tierra rota, pueden moverse para seguir dicha fuente, permitiendo al telescopio o a la serie medir de telescopios las señales desde un punto dado durante un largo periodo de tiempo. Los receptores registran las señales en varias frecuencias, y las computadoras sintetizan la información para producir una imagen más completa del objeto observado.
Una técnica que los radiotelescopios pueden emplear para recolectar la información de los cielos es la interferometría. Cuando una misma señal alcanza dos receptores distintos desde una sola fuente, puede llegar desfasada, lo que significa en un punto diferente en su ciclo de señales. Los científicos pueden superponer estas señales una encima de la otra, utilizando las diferencias para amplificar señales débiles o, si la diferencia de fase es suficientemente grande, para aplanar las interfaces. La interferometría puede hacer uso de dos receptores separados, o puede simplemente utilizar un receptor único detectando una señal única en dos puntos distintos en la rotación de la tierra. Combinando la información de múltiples observaciones, los científicos pueden derivar información más amplia desde una sola fuente de lo que podrían hacer con un único receptor o una serie de receptores.
El beneficio de la radioastronomía es darle a los científicos una clara visión de los cielos, mejor de lo que la simple observación que puede lograr.