Những nghệ sĩ đầu tiên ảnh hưởng tới Radiohead là Queen, Pink Floyd và Elvis Costello, sau đó là các nghệ sĩ post-punk như Joy Division, Siouxsie and the Banshees và Magazine, cuối cùng là làn sóng alternative rock thập niên 1980 với R.E.M., Pixies, The Smiths và Sonic Youth[16][21][34][107]. Tới giữa thập niên 1990, Radiohead tiếp nhận phương pháp thu âm từ nhạc hip hop từ DJ Shadow[16]. Họ ngày một cuốn hút hơn với việc tạo âm thanh qua máy tính[108]. Những nghệ sĩ có ảnh hưởng lớn khác còn có Miles Davis và Ennio Morricone, những huyền thoại thập niên 1960 như The Beatles và The Beach Boys, và phương pháp "Wall of Sound" mà Phil Spector sản xuất cho các nhóm nhạc nữ[16][38]. Jonny Greenwood cũng từng nhắc tới Krzysztof Penderecki là một trong những người tạo cảm hứng cho OK Computer[38].

Âm nhạc điện tử của Kid A và Amnesiac được Yorke phỏng theo phong cách glitch, ambient techno và IDM từ các nghệ sĩ của Warp Records như Autechre và Aphex Twin với những album mở đầu cho thời kỳ âm nhạc máy tính[26]. Các nghệ sĩ nhạc jazz như Charles Mingus, Alice Coltrane hay Miles Davis, và các nhóm krautrock thập niên 1970 như Can và Neu! cũng có ảnh hưởng lớn trong giai đoạn này[109]. Mối quan tâm của Jonny Greenwood tới âm nhạc cổ điển thế kỷ 20 cũng đóng vai trò quan trọng và những ảnh hưởng từ các nhạc sĩ như Penderecki và Olivier Messiaen là vô cùng rõ rệt. Rất nhiều ca khúc của Kid A đã sử dụng ondes Martenot – một trong những nhạc cụ điện tử đầu tiên được phổ biến bởi Messiaen[21]. Với Hail to the Thief, Radiohead quay lại với guitar rock. Kể từ In Rainbows, các thành viên của ban nhạc đã lấy cảm hứng từ rock, nhạc điện tử, hip hop và nhiều nghệ sĩ thể nghiệm như Björk, M.I.A, Liars, Modeselektor và Spank Rock[110][111]. Sau khi chia tay hãng đĩa của mình, ban nhạc không còn thường xuyên thực hiện các buổi phỏng vấn, song thường xuyên đăng lên "bảng xếp hạng" các ca khúc ưa thích của họ qua blog Dead Air Space. Năm 2011, Yorke phủ nhận rằng Radiohead đã sẵn sàng để thay đổi phong cách âm nhạc của mình hay chuyển sang "âm nhạc thể nghiệm" khi tiết lộ rằng ban nhạc "thường xuyên đắm chìm trong âm nhạc" và họ đã tạo ảnh hưởng lên rất nhiều nghệ sĩ khác[112].

Kể từ ngày thành lập, âm nhạc và ca từ của Radiohead được định hướng bởi Yorke. Cho dù Yorke chịu trách nhiệm chính trong việc sáng tác ca từ, song việc sáng tác là công việc cộng tác chung, và nhiều bài phỏng vấn ghi lại rằng mỗi thành viên đều có những đóng góp nhất định[51]. Cũng chính vì vậy, tất cả các ca khúc đều ghi sáng tác của "Radiohead". Thời kỳ thu âm Kid A/Amnesiac đánh dấu thay đổi phong cách âm nhạc của Radiohead và cả những thay đổi sâu sắc hơn trong phương thức hoạt động nhóm[51][113]. Khi nhạc rock cơ bản được chuyển sang âm thanh điện tử, các thành viên trở nên linh hoạt hơn và chơi các nhạc cụ theo yêu cầu của từng ca khúc[51]. Trong Kid A và Amnesiac, Yorke chơi cả keyboard lẫn bass, trong khi Jonny Greenwood chủ yếu chơi ondes Martenot còn cây bass Colin Greenwood hầu như sử dụng máy tính, O'Brien và Selway khám phá thêm những hiệu ứng của trống điện tử và thao tác bằng tay, trong khi vẫn tiếp tục nghiên cứu những cách phối hợp mới của guitar và trống để tạo ra những âm thanh mới[51]. Bản thu năm 2003 của Hail to the Thief chứng minh định hướng mới của Radiohead khi Yorke khẳng định "khả năng [của anh] trong ban nhạc đã thật sự không còn cân bằng và [anh] buộc phải thay đổi khả năng của các thành viên bằng mọi giá. Nhưng... nó thật sự có lợi hơn, bình đẳng hơn so với trước đây."[114]