El diseño de los distintos tipos de telescopios existentes depende del tipo de radiación y la región del espectro, o intervalo de longitudes de onda, que se estudie. A pesar de las diferencias todos los telescopios persiguen el objetivo común de estudiar los objetos más débiles dentro de su capacidad. Esto exige invariablemente que se cumplan las siguientes condiciones:
La espectroscopía consiste en la separación de la luz en sus distintas componentes espectrales (o líneas). Esta técnica nos da información sobre las abundancias químicas de los astros. La fotometría consiste en medir la cantidad total de luz provienente del astro. Estrictamente hablando los astrónomos rara vez estudian la luz ``blanca'' de los astros: la fotometría se realiza utilizando filtros que dejan pasar longitudes de onda cercanas a un color dado. Así se tiene el sistema de filtros UBVRI que corresponden respectivamente al ultravioleta (U), al azul (B), visible (V), rojo (R) e infrarrojo (I).
Los radiotelescopios revolucionaron el campo de la investigación astronómica desde su aparición en los años treintas. Se trata básicamente de radioreceptores de altísima sensitividad operando en frecuencias (o longitudes de onda) en las que la atmósfera terrestre es transparente. Análogamente a los telescopios ópticos, los radiotelescopios estudian dos tipos de emisión: la emisión contínua y líneas de emisión. La emisión continua de radio abarca un amplio intervalo espectral. Se estudia al observar un gran número de frecuencias con el mayor ancho de frecuencia posible. Las líneas de emisión se estudian en un intervalo de frecuencias muy angosto, frecuentemente de unos cuantos kilohertz. Así por ejemplo, la emisión de radio de 1420 MHz por el hidrógeno neutro es de fundamental importancia para la astronomía.
Las radioimágenes de mayor definición o resolución se obtienen mediante el uso de interferómetros, arreglos de radio antenas separadas por distancias de hasta miles de kilómetros, frecuentemente situadas en distintos países. La calidad de la imagen depende de la suma de las habilidades individuales de cada antena. Actualmente en México solo existen radiotelescopios de tamaño pequeño. Sin embargo, el proyecto científico mas grande del país, El Gran Telescopio Milimétrico (denominado milimétrico al ser diseñado para tener óptima recepción de ondas de longitud de onda de alrededor de un milímetro). (GTM) consiste en la construcción de una antena de microondas de 50 metros de diámetro. Este será el primer observatorio del país dedicado a la astronomía milimétrica y el mayor de su tipo en el mundo.
Además de los telescopios ya mencionados existen otros tipos de observatorios que se desarrollan en distintas partes del mundo, como son los telescopios solares, los telescopios Cerenkov, los detectores de neutrinos y los detectores de ondas gravitacionales. En México existen algunos cuantos telescopios solares de pequeño tamaño, como por ejemplo el del INAOE en Tonantzintla y el de la Universidad de Sonora, en Hermosillo. Los telescopios Cerenkov estudian radiación gamma de muy alta energía (fotones de mas de un millón de millones de electrón-voltios) a través de la interacción de ésta con la atmósfera terrestre. Esta interacción se traduce en un brevísimo flash de radiación visible y ultravioleta que abarca aproximadamente un grado cuadrado en el cielo. Estos instrumentos son de interés ya que representan la única forma de estudiar astrofísica de altas energías sin recurrir a costosos experimentos espaciales. En México no existen telescopios de este tipo pero existen perspectivas al respecto. Los telescopios Cerenkov funcionan en forma similar a la de los telescopios ópticos y sus requerimientos son básicamente los mismos. La única consideración es que son mas vulnerables a emisiones cercanas de polvo al afectar en mayor grado la luz ultravioleta que la visible o la infrarroja.
Los detectores de neutrinos consisten por lo general de vastas piletas de agua rodeadas de tubos fotomultiplicadores. Existen proyectos que contemplan la adaptación de entornos marinos para este tipo de observatorios. Las condiciones de operación son muy distintas de las de los otros tipos de observatorios.
Por último los detectores de ondas gravitacionales son diseñados para percibir vibraciones del mas bajo nivel. En este caso el ``ruido de fondo'' está formado por toda fuente externa de vibraciones, notablemente la actividad humana que se desarrolle en las cercanías.