Radioastronomit tutkivat taivaankappaleita kuten kaikki muutkin tähtitieteilijät, mutta he tekevät sen eri tavalla. Radioastronomi tarkkailee radioteleskoopilla radioaaltoja lähettäviä taivaankappaleita. Suurin osa tähtitieteilijöistä rajoittuu pääasiassa havaintojen tekemiseen yöllä, mutta radiotähtitieteilijät voivat työskennellä myös päivällä. Visualisointi on tärkeää näille tutkijoille, mutta ei tottuneessa mielessä havainnointia optisten linssien kautta. Sen sijaan radiotähtitieteilijät käyttävät paljon aikaa kaavioiden katseluun ja tulkintaan.
Tähtitieteellä on kiehtova historia raportoida havainnoista, kun tutkitaan kosmosta. Monet ihmiset eivät ymmärrä, että radioastronomit ovat vastuussa monista näistä löydöksistä. Yksi radioastronomian tärkeimmistä löydöistä oli kosminen taustasäteily, jota mainitaan usein todisteina niin sanotusta “alkuräjähdysteoriasta”. Pöly ei estä radioaaltoja, joten radioastronomian tehtävänä on selvittää uusia kohteita, joita tähtitieteilijät eivät normaalisti voineet nähdä, mutta joiden luultiin olevan siellä.
Tällaisten havaintojen tekeminen vaatii aikaa ja kärsivällisyyttä. Kutsu alkaa radioteleskoopilla, jonka avulla radioastronomi tarkkailee maailmankaikkeuden läpi kulkevia radioaaltoja. Radiovastaanottimen tapaan toimiva tämäntyyppinen kaukoputki käyttää antennia radioaaltojen sieppaamiseen. Radioaallot ovat yleensä heikkoja, joten radioteleskooppi on varustettu vastaanottimella tai vahvistimella signaalien lisäämiseksi. Tallentimet on kytketty kaukoputkeen ja ne piirtävät radioaaltojen esityksen joko grafiikkapaperille musteella tai yleisemmin suoraan tietokoneohjelmaan.
Kuunteleminen ei kuitenkaan ole varsinaisesti osa työtä, ellei radioastronomin tarvitse tarkistaa radioaaltoja lähettävien keinotekoisten laitteiden aiheuttamia häiriöitä. Staattisen kuuntelun sijaan radioastronomi tarkkailee tallentimen lähtöä tarkkailemaan radioaaltoja. Valvoessaan tätä lähtöä radioastronomi rakentaa tietokoneohjelmien avulla kuvan havaitsemastaan esineestä. Joskus tähän liittyy useiden kohteiden skannaaminen ja kaavioiden peittäminen mosaiikkikuvien luomiseksi.
Luottaen radioaalloihin valon sijasta, radioastronomi ei rajoitu yöhavaintoihin. Radioaallot tunkeutuvat maan ilmakehään kellonajasta riippumatta, kun taas useimpien taivaankappaleiden valo on liian himmeää nähdäkseen päivänvalon aikaan. Suurin ongelma, jonka radioastronomin on käsiteltävä, on ihmisen laitteiden lähettämät radioaallot riippumatta kellonajasta, jolloin hän työskentelee. Onnistuneet radiotähtitieteilijät oppivat suodattamaan tällaisen staattisen ja mittaamaan tarkasti astraaliobjekteista lähtevät radioaallot.