Elektromagnetski valovi veoma visoke frekvencije i energije, sli~ni rendgenskim zrakama. Nastaju kao rezultat kvantnog prijelaza izme|u dva energetska nivoa jezgra. Otkrili su ih 1898.god.supruzi Curie prou~avaju}i prirodnu radioaktivnost, a godinu dana kasnije identificirao ih je Rutherford kao elektromagnetsko zra~enje. Gama zrake slijede one promjene jezgri, koje ostavljaju jezgru u pobu|enom stanju, kao npr.a , b - i b + raspad, K- zahvat ili neku umjetnu transmutaciju jezgre. ^esto se gama zrakama nazivaju i tvrde rentgenske zrake, nastale ko~enjem veoma brzih elektrona. U ovom slu~aju nema ~vrste granice izme|u njih i rentgenskih zraka.

Energija gama zraka kre}e se u podru~ju od 0.01- 10 MeV {to otprilike odgovara valnim du`inama od 1-10 na (-3) A. Pri radioaktivnom raspadanju jedne vrste jezgara nastane ve}inom po nekoliko gama zraka, koje se mogu znatno razlikovati po energiji i intenzitetu. Naj~e{}e su, me|utim, gama zrake sa energijama izme|u 0.1 i 1 MeV. Energija gama zraka odre|uje se na vi{e na~ina. Za nisko energetske zrake koriste se valna svojstva difrakcije u kristalima, dok se visokoenergetske zrake odre|uju pomo}u me|udjelovanja s elektronima.

Prolaskom kroz materiju gama zrake gube na intenzitetu i energiji. Apsorpcijom u sloju materije debljine d snop gama zraka intenziteta Io slabi po eksponencijalnom zakonu I=Ioe-m a . Veli~ina m zove se linearni koeficijent apsorpcije, a ovisi o gusto}i materijala, rednom broju Z elemenata iz kojih je sastavljen i o energiji gama zraka. Apsorpcija gama zraka u materiji zbiva se uglavnom me|udjelovanjem sa elektronima. Budu}i da su gama zrake neutralne, one same ne vr{e ionizaciju, nego u jednom elementarnom procesu predaju ~itavu ili dio svoje energije elektronu. Me|udjelovanje gama zraka s elektronima vr{i se na tri osnovna na~ina:

Za gama zrake niske energije (ispod 1 MeV) najva`niji je fotoelektri~ni efekat, pri kojem gama zraka preda ~itavu svoju energiju elektronu vezanom u atomskoj ljusci. Elektron tada izleti iz atoma sa gotovo ~itavom energijom gama zrake;

Comptonov efekt prevladava za srednje energije (oko 1MeV). Pri ovom procesu gama zraka shva}ena kao ~estica udari u elektron i predaje mu dio svoje energije i koli~ine gibanja. Pri tome elektron izleti iz atoma, a gama zraka nastavi put sa promijenjenim smjerom i smanjenom energijom;

Za visoke energije (oko 5MeV) najva`niji proces me|udjelovanja gama zra~enja sa materijom je tvorba parova. Gama zraka, dakle kvant elektromagnetskog zra~enja pretvori se u par: elektron-pozitron. Proces se obja{njava ekvivalencijom mase i energije, kao i Diracovom teorijom o postojanju stanja negativne energije. Po ovoj teoriji tvorba parova je prebacivane elektrona iz stanja negativne u stanje pozitivne energije. Za ovaj proces je potrebno da gama zraka ima energiju ve}u od 1.02 MeV, tj. dva puta ve}u od energije mirovanja elektrona.

Sli~no kao rentgenske zrake, gama zrake primjenjuju se u industriji (ispitivanje materijala) i medicini (lije~enje tumora). Njihovo nekontrolirano djelovanje na organizam je {tetno.