Астрономические радиоисточники обычно очень слабые, поэтому для их регистрации требуется создание установок с большой собирающей площадью. Размеры современных радиотелескопов поражают: в течение долгого времени самую большую фокусирующую поверхность в радиоастрономии (да и в астрономии вообще) имел 305-метровый телескоп в Аресибо, а теперь рекорд принадлежит 500-метровому телескопу FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope, Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой) в Китае[18]. Эти гигантские антенны не поворачиваются, но перемещение вторичных узлов (где расположены вторичные отражатели или приемники сигналов) установки позволяет наблюдать различные небесные объекты. Самые большие полноповоротные антенны имеют размер около 100 м, примерами являются телескоп в Эффелсберге (Германия) и телескоп в Грин-Бэнк (США).
Радиотелескопы, не фокусирующие излучение, могут состоять из огромного числа отдельных элементов. Так, установка БСА в Пущино под Москвой состоит из 16 000 диполей, покрывающих площадь более 7 га. А телескоп УТР-2 под Харьковом (Украина), являющийся крупнейшей установкой для приема декаметровых волн, имеет собирающую площадь 150 000 м².
Одной из важных проблем наблюдений в радиодиапазоне является низкое угловое разрешение отдельной антенны. Предельное угловое разрешение прямо пропорционально длине волны и обратно пропорционально размеру антенны (~λ/D, где λ – длина волны, D – диаметр антенны), в результате даже 100-метровый телескоп, работающий на волне 21 см, имеет угловое разрешение в несколько раз хуже человеческого глаза. Поэтому в радиоастрономии активно применяется метод интерферометрических наблюдений, позволяющий многократно улучшить угловое разрешение.
Идея интерферометрии состоит в том, что совместная обработка сигналов с двух радиотелескопов, разнесенных на расстояние r (так называемая база интерферометра), приводит к угловому разрешению, которое обратно пропорционально этому расстоянию, т. е. вся система работает как телескоп размера r (c пределом углового разрешения ~λ/r). Для эффективного применения лучше, если одновременно будет работать несколько антенн (причем расположенных не на одной прямой), поскольку разрешение интерферометра из двух телескопов максимально в направлении отрезка, соединяющем инструменты, и к тому же по мере увеличения количества антенн повышается чувствительность и может расширяться общая диаграмма направленности. Поэтому в мире существует несколько радиотелескопов, состоящих из большого числа антенн, разделенных расстояниями от десятков и сотен метров до километров. Современными примерами таких инструментов являются установки VLA (Very Large Array, Очень большая антенная решетка) американской Национальной радиоастрономической обсерватории в Нью-Мексико и ALMA, международный научный проект в пустыне Атакама в Чили.