大型毫米波望远镜观测毫米波段的宇宙电波可以克服被星际物质中的尘埃遮挡的问题，并可获得更多关于恆星形成的知识。该望远镜也适合观测温度较低，释放热辐射波长主要为毫米波的太阳系微行星和行星，以及太阳系外的原行星盘。也有以大型毫米波望远镜对宇宙微波背景辐射和活动星系核的波动进行观测的提议。