Radijo astronomai tiria dangaus objektus kaip ir bet kuris kitas astronomas, tačiau tai daro kitaip. Radijo astronomas radijo teleskopu stebi dangaus objektus, skleidžiančius radijo bangas. Dauguma astronomų daugiausia apsiriboja stebėjimais naktį, tačiau radijo astronomai gali dirbti ir dieną. Vizualizacija šiems mokslininkams svarbi, bet ne įprastu stebėjimo per optinius lęšius prasme. Vietoj to, radijo astronomai daug laiko praleidžia žiūrėdami ir interpretuodami grafikus.
Astronomija turi įspūdingą istoriją, kai tyrinėjant kosmosą pranešama apie atradimus. Daugelis žmonių nesuvokia, kad radijo astronomai yra atsakingi už daugelį šių radinių. Vienas iš svarbiausių radinių radijo astronomijoje buvo kosminė foninė spinduliuotė, kuri dažnai minima kaip vadinamosios „didžiojo sprogimo“ teorijos įrodymas. Radijo bangoms netrukdo dulkės, todėl radijo astronomija yra atsakinga už naujų objektų, kurių astronomai paprastai nematė, bet manė, kad jie yra, nustatymą.
Tokioms išvadoms padaryti reikia laiko ir kantrybės. Pašaukimas prasideda radijo teleskopu, kurį radijo astronomas naudoja radijo bangoms, sklindančioms per visatą, stebėti. Šio tipo teleskopas, veikiantis panašiai kaip radijo imtuvas, naudoja anteną radijo bangoms užfiksuoti. Radijo bangos paprastai yra silpnos, todėl į radijo teleskopą įmontuotas imtuvas arba stiprintuvas, kad sustiprintų signalus. Diktofonai yra prijungti prie teleskopo ir nubraižys radijo bangas ant milimetrinio popieriaus su rašalu arba, dažniau, tiesiai į kompiuterio programinę įrangą.
Tačiau klausymas iš tikrųjų nėra darbo dalis, nebent radijo astronomas turi patikrinti, ar netrukdo dirbtiniai radijo bangas skleidžiantys prietaisai. Užuot klausęs statikos, radijo astronomas stebi įrašymo įrenginio išvestį, kad stebėtų radijo bangas. Stebėdamas šią išvestį radijo astronomas naudoja kompiuterines programas, kad sukurtų stebimo objekto vaizdą. Kartais tai apima kelis objekto nuskaitymus ir grafikų perdengimą, kad būtų sukurti mozaikiniai vaizdai.
Pasikliaudamas radijo bangomis, o ne šviesa, radijo astronomas neapsiriboja stebėjimu naktį. Radijo bangos prasiskverbia pro Žemės atmosferą nepriklausomai nuo paros laiko, o daugumos dangaus objektų šviesa yra per silpna, kad ją būtų galima matyti šviesiu paros metu. Pagrindinė problema, su kuria tenka susidurti radijo astronomui, yra žmogaus prietaisų skleidžiamos radijo bangos, nepriklausomai nuo to, kuriuo paros metu jis dirba. Sėkmingi radijo astronomai išmoksta filtruoti tokį statinį krūvį ir tiksliai išmatuoti radijo bangas, kurias skleidžia astraliniai objektai.