Το λεγόμενο υπερτελεσκόπιο είναι μια οπτική συμβολομετρική διάταξη, ή σύνολο τηλεσκοπίων, διατεταγμένων σε σχήμα μεγάλου φακού, που συνεργάζονται για την επίλυση αστρονομικών εικόνων σε πολύ υψηλότερες γωνιακές αναλύσεις από ό,τι θα ήταν δυνατό με κάθε τηλεσκόπιο μόνο. Στην πραγματικότητα, ένα τέτοιο υπερτελεσκόπιο μπορεί να επιτρέψει μια γωνιακή ανάλυση που πλησιάζει την ανάλυση που θα είχε το τηλεσκόπιο εάν ολόκληρος ο φακός του ήταν τόσο μεγάλος όσο η απόσταση κατά μήκος της συστοιχίας. Για πίνακες με μεγέθη σε χιλιόμετρα ή μεγάμετρα, αυτό μπορεί να είναι πολύ σημαντικό. Ωστόσο, η γωνιακή ανάλυση δεν είναι η μόνη σημαντική ποιότητα των τηλεσκοπίων, με αποτέλεσμα οι περισσότεροι αστρονόμοι να βλέπουν το υπερτελεσκόπιο ως ένα εξειδικευμένο όργανο.
Το υπερτηλεσκόπιο χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται σύνθεση διαφράγματος για να προσομοιώσει ένα γιγάντιο τηλεσκόπιο με μια σειρά από μικρότερα τηλεσκόπια. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση του υπερτηλεσκοπίου και την κατανόηση των δεδομένων του είναι παρεμβολομετρικές τεχνικές, τεχνικές μέτρησης που συνδυάζουν δύο ή περισσότερα σημεία δεδομένων για να δημιουργήσουν μια πιο ξεκάθαρη εικόνα. Ολόκληρο το πεδίο ονομάζεται αστρονομική οπτική συμβολομετρία. Ακόμη και τα υπερτηλεσκόπια πλάτους χιλιομέτρου μπορούν να παρακάμψουν πολλά από τα προβλήματα με τα μοναδικά γήινα τηλεσκόπια.
Τα υπερτηλεσκόπια κατασκευάστηκαν για πρώτη φορά στα μέσα της δεκαετίας του 1970, όταν χρησιμοποιήθηκαν για να μετρήσουν με ακρίβεια τις ακριβείς θέσεις και τις διαμέτρους των κοντινών αστεριών. Η απόσταση μεταξύ των δύο πιο απομακρυσμένων τηλεσκοπίων ονομάζεται γραμμή βάσης, η οποία ξεκίνησε περίπου σε λίγα μέτρα ή πόδια και τώρα κυμαίνεται μέχρι περίπου ένα χιλιόμετρο (0.62 μίλια). Μεγαλύτερες επαναλήψεις του υπερτηλεσκοπίου σχεδιάζονται ή βρίσκονται σε παραγωγή τώρα, συμπεριλαμβανομένου ενός διαστημικού υπερτηλεσκοπίου με τα μέρη του να συγκρατούνται στη θέση τους από ηλιακά πανιά.
Ο Γάλλος πρωτοπόρος του υπερτηλεσκοπίου, Antoine Labeyrie, οραματίστηκε τη χρήση συστοιχιών υπερτηλεσκοπίων για την απεικόνιση κοντινών εξωπλανητών ή πλανητών σε ξένα ηλιακά συστήματα. Ο Labeyrie και οι συνεργάτες του έχουν δείξει πώς ένα τεχνολογικά εφικτό υπερτελεσκόπιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση επιφανειακών χαρακτηριστικών όπως ηπείρους, εποχές και κλίματα σε κόσμους που απέχουν έως και 10 έτη φωτός. Αυτό θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμο για τον προσδιορισμό της παρουσίας ή της απουσίας μικροβιακής ζωής. Στο μέλλον, ακόμη μεγαλύτερα υπερτηλεσκόπια θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την απεικόνιση εξαιρετικά μικρών ή αμυδρά αντικειμένων, όπως αστέρια νετρονίων.