Im Prinzip besteht ein Radioteleskop aus nur sehr wenigen Grundbausteinen: Der Hauptantenne mit Reflektor und Subreflektor, einem oder mehreren Empfängern und der Aufzeichnungselektronik.

Antenne
Die Hauptantenne für den Empfang der Radiowellen ist der Reflektor, seine Größe entscheidet primär über die maximal erreichbare Auflösung. In der Regel besteht die parabolische "Schüssel" aus Metall und ist auf einem Stahlgerüst über einem Betonfundament montiert. Die Größen der Antennen reichen bei freistehenden Radioteleskopen von wenigen Metern bis zu rund 100 Metern Durchmesser.

Azimuth Rotation Track © VLBA/NRAO

Bei den meisten Radioteleskopen ist der gesamte Antennenaufbau beweglich, so dass kosmische Radioquellen gezielt mit dem Reflektor angepeilt und in ihrer Bewegung verfolgt werden können. Für die sowohl horizontale als auch vertikale Ausrichtung der Antenne sorgen ein zahnradartiger Neigemechanismus und der so genannte "Azimuth Rotation Track", ein ringförmiges Fahrgestell, mit deren die gesamte Schüssel gedreht werden kann.

Subreflektor
Die von der Parabolantenne gebündelten Strahlen werden von einem Subreflektor aufgefangen. Der nahe dem Brennpunkt der Hauptantenne aufgehängte kleinere Spiegel konzentriert die aufgefangenen Wellen weiter und leitet sie zum Empfänger.

Empfänger

	Hauptempfänger © VLBA/NRAO

Bei den meisten Radioteleskopen liegt der Empfänger in der Mitte der Antennenschüssel. Er erhält die vom Subreflektor konzentrierten und gebündelten Wellen und verstärkt sie. Auch die Wahl der relevanten Frequenzbereiche erfolgt am Empfänger. Da die Radiowellen aus dem All mehrere Milliarden Mal schwächer sind als irdische Radiosender, müssen sie im Empfänger verstärkt werden. Um Störsignale zu vermeiden liegen die meisten Radioteleskope in dünn besiedelten Regionen, möglichst weitab von jedem Funk- und Radioverkehr.

Aufzeichnungselektronik
Über Kabelleitungen werden die verstärkten Signale anschließend auf Bändern gesichert oder direkt in einen Zentralcomputer eingespeist. Entgegen der landläufigen Meinung werden die empfangenen Signale normalerweise nicht in Schall umgewandelt.

Auch wenn Filme wie "Contact" dies suggerieren, "lauschen" die Radioastronomen nicht dem kosmischen Rauschen, sondern werten die durch Computer generierten Bilder und Grafiken aus. Ist das Teleskop Teil eines Arrays, können die gleichzeitig aufgefangenen Signale mehrerer Teleskope später mithilfe spezieller Verrechnungen so miteinander kombiniert werden, dass sie sich zu einem Gesamtbild ergänzen.