Los rayos gamma son la forma de radiación electromagnética con más energía y la menor longitud de onda. Se definen como ondas con un período (longitud de onda) inferior a 1 picómetro, que es de 0.001 nanómetros. En comparación, el diámetro de un átomo de hidrógeno es de 50 picómetros. Por lo tanto, la longitud de onda de la radiación gamma es, por definición, subatómica. Su energía es del orden de 1.25 MeV (megaelectronvoltios) o más. Los rayos gamma se generan en eventos muy energéticos como supernovas, dentro y alrededor de cuerpos de materia exótica como estrellas de neutrones, púlsares y agujeros negros, o de una manera menos espectacular cuando los núcleos radiactivos se descomponen en el medio interestelar.
La longitud de onda de los rayos gamma puede descender hasta 10-15 o 0.000001 nanómetros, alrededor del radio clásico de un electrón. A medida que disminuye la longitud de onda, aumenta la energía correspondiente. Debido a su enorme energía, los rayos gamma son extremadamente difíciles de detener. Para proteger algo de los rayos gamma se requieren escudos gruesos (1 m +) de sustancias con un número atómico tan alto como sea posible. El plomo es una sustancia popular. Se sabe que los rayos gamma viajan a través de 3 metros de hormigón. Debido a su alta energía y capacidad de penetración, los rayos gamma son extremadamente peligrosos biológicamente: pueden matar células vivas al contacto. El efecto inicial más peligroso de una explosión nuclear es el destello de rayos gamma.
Los rayos gamma fueron observados por primera vez por Paul Ulrich Villard en 1900, mientras estudiaba la radiactividad del uranio. Inicialmente, se sospechaba que los rayos gamma eran partículas, como sus primos radiantes, las partículas alfa y las partículas beta, pero al hacerlas brillar a través de un cristal se demostró que eran realmente ondas electromagnéticas. Al igual que las partículas alfa y las partículas beta, los rayos gamma son radiaciones ionizantes, aunque (a diferencia de las partículas beta) no están cargadas en sí mismas. La radiación ionizante es lo suficientemente poderosa como para quitar los electrones de los átomos que golpea, dándolos como carga y causando interrupciones en el material residente.
Uno de los fenómenos más sorprendentes relacionados con los rayos gamma es el del estallido de rayos gamma (GRB). Se trata de explosiones masivas de rayos gamma que se producen en el espacio profundo. Son la actividad más enérgica del universo desde el Big Bang. (Más enérgico que las supernovas). En 10 segundos, un gran estallido de rayos gamma libera más energía de la que liberará el Sol durante sus 10 mil millones de años de vida. Se han construido varios para explicar varios tipos de estallidos de rayos gamma. La teoría predominante es la de un collapsar. Un collapsar es una estrella supermasiva especial que expulsa chorros relativistas de alta energía de sus polos mientras atraviesa la etapa de colapso final. Los observamos como GRB. Un tipo diferente de GRB probablemente se explica por estrellas binarias degeneradas. Las estrellas de neutrones extremadamente densas pueden chocar ocasionalmente, liberando enormes cantidades de rayos gamma en el proceso de fusión.
Los rayos gamma también se utilizan en medicina para matar células malignas, como las cancerosas. Este procedimiento se llama cirugía con bisturí de rayos gamma.