Гамма-из­лу­че­ние было от­кры­то в на­ча­ле XX в. при изу­че­нии ра­дио­ак­тив­но­го из­лу­че­ния радия. Гамма-из­лу­че­ние  — ши­ро­кий диа­па­зон элек­тро­маг­нит­но­го спек­тра, по­сколь­ку он не огра­ни­чен со сто­ро­ны вы­со­ких энер­гий. Мяг­кое гамма-из­лу­че­ние с энер­ги­ей от 100 кэВ об­ра­зу­ет­ся при энер­ге­ти­че­ских пе­ре­хо­дах внут­ри атом­ных ядер. Более жёсткое, с энер­ги­ей от 10 МэВ,  — при ядер­ных ре­ак­ци­ях. Су­ще­ству­ют кос­ми­че­ские гамма-лучи, ко­то­рые почти пол­но­стью за­дер­жи­ва­ют­ся ат­мо­сфе­рой Земли, по­это­му на­блю­дать их можно толь­ко из кос­мо­са. На ри­сун­ке  — фо­то­гра­фия неба в гамма-лучах с энер­ги­ей 100 МэВ. Обзор в диа­па­зо­не жёстко­го гамма-из­лу­че­ния вы­пол­нен кос­ми­че­ской гамма-об­сер­ва­то­ри­ей «Комп­тон», ко­то­рая была за­пу­ще­на по про­грам­ме NASA «Ве­ли­кие об­сер­ва­то­рии» и с 1991 по 2000 г. вела на­блю­де­ния в диа­па­зо­не от жёстко­го рент­ге­на до жёстко­го гамма-из­лу­че­ния. На фо­то­гра­фии отчётливо видна плос­кость Га­лак­ти­ки, где из­лу­че­ние фор­ми­ру­ет­ся в ос­нов­ном остат­ка­ми сверх­но­вых. Яркие ис­точ­ни­ки вдали от плос­ко­сти Га­лак­ти­ки имеют в ос­нов­ном вне­га­лак­ти­че­ское про­ис­хож­де­ние. Гамма-кван­ты сверх­вы­со­ких энер­гий (от 100 ГэВ) рож­да­ют­ся при столк­но­ве­нии за­ря­жен­ных ча­стиц, разо­гнан­ных мощ­ны­ми элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми кос­ми­че­ских объ­ек­тов или зем­ных уско­ри­те­лей эле­мен­тар­ных ча­стиц. В ат­мо­сфе­ре они раз­ру­ша­ют ядра ато­мов, по­рож­дая кас­ка­ды ча­стиц, ле­тя­щих с око­ло­све­то­вой ско­ро­стью. При тор­мо­же­нии эти ча­сти­цы ис­пус­ка­ют свет, ко­то­рый на­блю­да­ют с по­мо­щью спе­ци­аль­ных те­ле­ско­пов на Земле. Где и как об­ра­зу­ют­ся гамма-лучи уль­тра­вы­со­ких энер­гий (от 100 ТэВ¹), пока не впол­не ясно. Зем­ным тех­но­ло­ги­ям такие энер­гии не­до­ступ­ны. Самые энер­гич­ные на­блю­да­е­мые кван­ты (10²⁰−10²¹ эВ) при­хо­дят из кос­мо­са край­не редко  — при­мер­но один квант в 100 лет на квад­рат­ный ки­ло­метр. Гамма-кван­ты не­га­тив­но воз­дей­ству­ют на ор­га­низм че­ло­ве­ка и яв­ля­ют­ся му­та­ген­ным фак­то­ром. Об­ла­дая вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью, они иони­зу­ют и раз­ру­ша­ют мо­ле­ку­лы, ко­то­рые, в свою оче­редь, на­чи­на­ют иони­зи­ро­вать сле­ду­ю­щую пор­цию мо­ле­кул. Про­ис­хо­дит транс­фор­ма­ция кле­ток и по­яв­ле­ние му­ти­ро­ван­ных кле­ток, ко­то­рые не спо­соб­ны ис­пол­нять свой­ствен­ные им функ­ции. Не­смот­ря на опас­ность таких лучей, их ис­поль­зу­ют в раз­лич­ных об­ла­стях, со­блю­дая не­об­хо­ди­мые меры за­щи­ты, на­при­мер для сте­ри­ли­за­ции про­дук­тов, об­ра­бот­ки ме­ди­цин­ско­го ин­стру­мен­та­рия и тех­ни­ки, кон­тро­ля над внут­рен­ним со­сто­я­ни­ем ряда из­де­лий, а также для куль­ти­ви­ро­ва­ния рас­те­ний. В по­след­нем слу­чае му­та­ции сель­ско­хо­зяй­ствен­ных куль­тур поз­во­ля­ют ис­поль­зо­вать их для вы­ра­щи­ва­ния на тер­ри­то­рии стран, из­на­чаль­но к этому не при­спо­соб­лен­ных. При­ме­ня­ют­ся гамма-лучи и при ле­че­нии раз­лич­ных он­ко­ло­ги­че­ских за­бо­ле­ва­ний. Метод по­лу­чил на­зва­ние лу­че­вой те­ра­пии.

¹ 1 ТэВ  =  10¹² эВ; 1 эВ  =  1,6 · 10^–19 Дж.