Em meados do século XX, ocorreram as primeiras detecções de ondas de rádio provenientes de objetos celestes. Desde então a Radio Astronomia vem se desenvolvendo em paralelo à Astronomia Ótica. Os objetos que emitem radiação no domínio rádio do espectro são muitas vezes bem diferentes dos objetos óticos, como as estrelas e as galáxias comuns. Os quasares, por exemplo, descobertos na década de 1960, mostraram-se fontes extremamente luminosas, de aparência estelar (ou quase estelar, daí o nome quasar = QUAsi-StellAr Radio source) e extremamente distantes, por vezes situados a bilhões de anos-luz de distância.
Na figura abaixo vemos a comparação entre uma imagem ótica (esquerda) e uma rádio (direita). Tratam-se da galáxia M81 e suas vizinhas. A imagem rádio foi obtida no comprimento de onda de 21 cm, que corresponde a uma transição no átomo de hidrogênio neutro (HI). Ela portanto reflete a distribuição deste elemento, enquanto que a imagem ótica reflete principalmente a distribuição das estrelas. Imagens em 21 cm, como vemos, são ótimas para delinear os braços de galáxias espirais e a conexão gasosa entre estas galáxias que interagem gravitacionalmente.
Os radio telescópios são também diferentes dos telescópios óticos. São em geral grandes antenas, com vários metros, e por vezes centenas de metros de diâmetro, enquanto que os telescópios comuns não passam de 10m de diâmetro. O tamanho dos instrumentos de rádio se deve ao fato de que o comprimento das ondas de rádio é também muito maior do que as ondas de luz visível. Daí ser necessário uma superfície muito maior para coletar estas ondas. A figura abaixo mostra uma antena de 64m de diâmetro.
Os rádio telescópios são comumente usados em conjunto, numa técnica chamada de interferometria. Numa observação deste tipo, várias antenas de rádio são apontadas para uma mesma fonte e os sinais de rádio por elas detectados são combinados, formando um padrão de interferência. A análise deste padrão permite obter imagens rádio de alta resolução angular, podendo-se distinguir fontes que cobrem até um milésimo de um segundo de arco no céu! O Giant Meterwave Radio Telescope (Radio telescópio gigante para ondas métricas), na Índia, consiste de 30 antenas com 45 metros de diâmetro cada uma (ver figura abaixo).
Existem galáxias extremamente brilhantes no rádio, mas com aparência normal ou mesmo tênue no ótico. A maioria delas tem forma elítica (ver parte de morfologia). A figura abaixo mostra a aparência de uma radio-galáxia. A figura combina a imagem ótica (azul) com a imagem rádio (em vermelho). As radio-galáxias apresentam um núcleo brilhante e jatos em rádio que se estendem a vários Mpc de distância, geralmente em duas direções opostas.
