现代光学望远镜的技术已经非常成熟，配合电子芯片和精密加工，使观测能力大幅提升。例如哈勃太空望远镜不受大气干扰，其最远观测距离可达134亿光年。这意味着通过光学手段，人类已经能够看到上百亿光年外星系的真实图像。
望远镜如何观察到数亿光年外的物体？
除了光学望远镜，射电望远镜、X射线望远镜等也在发挥作用。有些大型射电望远镜如中国的天眼，能够通过汇聚微波辐射等高能量信号，观察到几亿甚至几十亿光年外的黑洞和中子星。不同波段的望远镜各有侧重，共同拓展了我们的视野。
以反射式望远镜为例，无论是观测紫外、可见光还是射电波，都会利用抛物线或双曲线曲面来制造反射主镜面。这种设计可以将更大面积上的光线汇聚起来，从而观测到更暗弱的天体。之后光线经过副镜反射和透镜组折射，最终落在CCD或传感器上被记录下来。
望远镜的核心功能其实就是收集光子。宇宙中许多天体非常暗淡，即便有的很亮但距离太远看起来也很暗。如果没有望远镜辅助，人眼只能看到有限的几颗恒星，如银河系内的恒星或附近的星系，这些距离相对较近。而望远镜通过收集这些微弱的光子，让我们得以观测到遥远星体。
对于天文观测而言，望远镜本身并不具备直接测量天体距离的功能。在观测时，我们通常不知道天体的确切距离，因为对于不同距离的天体，它们发出的光线到达望远镜的原理是一样的，都是需要被收集。区别仅在于光线在宇宙中旅行的时间长短不同。