Atoma kodolu veido protoni un neitroni, kurus savukārt veido fundamentālas daļiņas, kas pazīstamas kā kvarki. Katram elementam ir raksturīgs protonu skaits, bet tiem var būt dažādas formas vai izotopi, un katram no tiem ir atšķirīgs neitronu skaits. Elementi var sadalīties citos, ja procesa rezultāts ir zemāks enerģijas stāvoklis. Gamma starojums ir tīras enerģijas sabrukšanas emisija.
Radioaktīvā sabrukšana
Kvantu fizikas likumi to paredz nestabils atoms sabrukšanas laikā zaudēs enerģiju, bet nevar precīzi prognozēt, kad konkrētais atoms piedzīvos šo procesu. Visvairāk, ko kvantu fizika var paredzēt, ir vidējais laiks, cik ilgi daļiņu kolekcija sabruks. Pirmie trīs atklātie kodola sabrukšanas veidi tika dēvēti par radioaktīvo sabrukšanu un sastāv no alfa, beta un gamma sabrukšanas. Alfa un beta sabrukšana pārveido vienu elementu citā, un to bieži pavada gamma sabrukšana, kas no sabrukšanas produktiem atbrīvo lieko enerģiju.
Daļiņu emisija
Gamma sabrukšana ir tipisks kodoldaļiņu emisijas blakusprodukts. Alfa sabrukšanas laikā nestabils atoms izstaro hēlija kodolu, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem. Piemēram, vienā urāna izotopā ir 92 protoni un 146 neitroni. Tas var iziet alfa sabrukšanu, kļūstot par torija elementu un sastāv no 90 protoniem un 144 neitroniem. Beta sabrukšana notiek, kad neitrons kļūst par protonu, kas šajā procesā izstaro elektronu un antineitrīno. Piemēram, beta sabrukšana oglekļa izotopu ar sešiem protoniem un astoņiem neitroniem pārvērš slāpeklī, kas satur septiņus protonus un septiņus neitronus.
Gamma starojums
Daļiņu emisija bieži atstāj iegūto atomu ierosinātā stāvoklī. Daba tomēr dod priekšroku tam, ka daļiņas uzņemas vismazāk enerģijas jeb pamatstāvokli. Šim nolūkam ierosināts kodols var izstarot gamma staru, kas lieko enerģiju pārnēsā kā elektromagnētisko starojumu. Gamma stariem ir daudz augstākas frekvences nekā gaismas, kas nozīmē, ka tiem ir lielāks enerģijas saturs. Tāpat kā visu veidu elektromagnētiskais starojums, gamma stari pārvietojas ar gaismas ātrumu. Gamma staru emisijas piemērs rodas, kad kobalts pārvēršas beta sabrukšanā, lai kļūtu par niķeli. Satrauktais niķelis izdala divus gamma starus, lai nokristu līdz enerģijas pamatstāvoklim.
Specefekti
Parasti satraukts kodols prasa ļoti mazu laiku, lai izstarotu gamma staru. Tomēr daži satraukti kodoli ir "metastabili", kas nozīmē, ka tie var aizkavēt gamma staru emisiju. Kavēšanās var ilgt tikai daļu sekundes, bet tā var ilgt vairākas minūtes, stundas, gadus vai pat ilgāk. Kavēšanās notiek, kad kodola vērpšana aizliedz gamma sabrukšanu. Vēl viens īpašs efekts rodas, kad orbītā esošais elektrons absorbē izstaroto gamma staru un tiek izstumts no orbītas. Tas ir pazīstams kā fotoelektriskais efekts.