Τηλελειτουργία είναι η λειτουργία ενός ρομπότ από μια μακρινή τοποθεσία. Χρησιμοποιείται στην εξερεύνηση του διαστήματος, στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, στον στρατό και στον ιατρικό τομέα. Τα ρομπότ συνήθως αναπτύσσονται και ελέγχονται μέσω τηλελειτουργίας, επειδή η αποστολή ανθρώπων θα ήταν πολύ ακριβή ή πολύ επικίνδυνη. Γενικά, ένας μόνο χειριστής έχει τον έλεγχο του ρομπότ και αισθάνεται κάποιο επίπεδο βύθισης στο απομακρυσμένο περιβάλλον. Τα χειριστήρια που χρησιμοποιούνται από τον χειριστή είναι συχνά αρκετά διαισθητικά ώστε να επιτρέπουν τον γρήγορο και ομαλό χειρισμό του ρομπότ.
Για να επιτραπεί η δυνατότητα τηλελειτουργίας, πρέπει να δημιουργηθεί κάποια αίσθηση τηλεπαρουσίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση αισθητήρων για τη συλλογή δεδομένων στο απομακρυσμένο περιβάλλον. Για παράδειγμα, σε ένα υποβρύχιο ρομπότ, ένας αισθητήρας σόναρ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης απόστασης από τον πυθμένα της θάλασσας. Η τεχνολογία σόναρ αναπηδά ένα ηχητικό κύμα από τον πυθμένα του ωκεανού, καταγράφοντας το χρόνο που χρειάζεται το κύμα για να κάνει ένα ταξίδι μετ’ επιστροφής. Όλα τα δεδομένα ανίχνευσης μπορούν στη συνέχεια να ανασυνδυαστούν για να τα βιώσει ο τηλεχειριστής ή ο ανθρώπινος ελεγκτής στην εικονική πραγματικότητα. Μόλις ο τηλεχειριστής έχει μια καλή «αίσθηση» για το απομακρυσμένο περιβάλλον, μπορεί στη συνέχεια να ελέγξει το ρομπότ αποτελεσματικά.
Στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, αστροναύτες με διαστημικές στολές έχουν χρησιμοποιηθεί για τη συναρμολόγηση του σταθμού και τη συντήρηση. Ωστόσο, η προετοιμασία για μια εξωφορετική δραστηριότητα ή περίπατο στο διάστημα είναι μια δαπανηρή διαδικασία που διαρκεί πολλές ώρες. Η Εθνική Υπηρεσία Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA) στις Ηνωμένες Πολιτείες σχεδιάζει επί του παρόντος ένα ρομπότ που ονομάζεται Robonaut που θα επιχειρήσει πολλές από αυτές τις εργασίες. Το Robonaut έχει πάνω μέρος του σώματος που μοιάζει με άνθρωπο και θα χρησιμοποιεί τηλεχειρισμό για τον έλεγχο των χεριών και των χεριών του. Ο τηλεχειριστής θα φορά ένα ακουστικό και έναν αριθμό εξελιγμένων αισθητήρων για να επιτρέψει υψηλό επίπεδο ελέγχου και επιδεξιότητας με το ρομπότ.
Υπάρχουν κάποια όρια στην τεχνολογία τηλεπαρουσίας. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός και είναι ο ταχύτερος τρόπος μεταφοράς δεδομένων αισθητήρων από απομακρυσμένο περιβάλλον. Ακόμη και σε αυτή την ταχύτητα, η καθυστέρηση σήματος μετ’ επιστροφής μεταξύ Γης και Άρη κυμαίνεται από έξι έως 40 λεπτά. Ως αποτέλεσμα, τα rovers στον Άρη δεν μπορούν να λειτουργήσουν από τη Γη με μεγάλη αίσθηση τηλελειτουργίας σε πραγματικό χρόνο. Οι χειριστές θα πρέπει να μετακινηθούν σε μια τοποθεσία πιο κοντά στα ίδια τα ρόβερ, όπως η χαμηλή τροχιά του Άρη, για να συμβεί αυτό.
Στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, τα τηλεχειριζόμενα υποβρύχια οχήματα (ROV) χρησιμοποιούνται για την εξυπηρέτηση του εξοπλισμού εξόρυξης πετρελαίου σε βαθιά νερά των ωκεανών. Συνήθως λειτουργούν από ένα σκάφος στην επιφάνεια και έχουν ένα μακρύ καλώδιο που συνδέει τον χειριστή με το ρομπότ. Συνήθως είναι εξοπλισμένα με φώτα και κάμερες για την επιστροφή σημάτων βίντεο στον χειριστή. Στο παρελθόν, ανθρώπινοι δύτες είχαν εξυπηρετήσει τέτοιες υποθαλάσσιες υποδομές, αλλά πρόσφατες γεωτρήσεις σε βαθύτερα, πιο επικίνδυνα ύδατα ώθησαν τη χρήση της τηλελειτουργίας με ROV.
Ο στρατός χρησιμοποιεί τηλελειτουργία σε ορισμένες καταστάσεις που κρίνονται πολύ επικίνδυνες για τους στρατιώτες. Τα ROV χρησιμοποιούνται από ορισμένα ναυτικά για να ανακτήσουν τορπίλες πρακτικής και να διερευνήσουν άλλα αντικείμενα στον πυθμένα της θάλασσας. Στο Ιράκ, το Αφγανιστάν και το Ισραήλ, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται για την προσέγγιση αυτοσχέδιων εκρηκτικών μηχανισμών (IED) ή άλλων δυνητικά επικίνδυνων αντικειμένων.