伽马射线是因核能级间的跃迁而形成，另外原子核衰变和核反应均可产生伽马射线。在太空中产生的伽马射线是由恒星核心的核聚变产生的，因为无法穿透地球大气层，因此无法到达地球的低层大气层，只能在太空中被探测到。

当伽马射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应，康普顿效应和正负电子对三种效应。原子核释放出的伽马光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即光电效应。