Језгро атома састоји се од протона и неутрона, који су пак састављени од основних честица познатих као кваркови. Сваки елемент има карактеристичан број протона, али може имати различите облике или изотопе, сваки са различитим бројем неутрона. Елементи се могу распасти у друге ако процес резултира нижим енергетским стањем. Гама зрачење је распадајућа емисија чисте енергије.
Радиоактивног распада
Закони квантне физике то предвиђају нестабилан атом ће изгубити енергију распадањем, али не може тачно предвидети када ће одређени атом проћи овај процес. Највише што квантна физика може да предвиди је просечно време које ће збирки честица требати да пропадне. Прва три откривена типа нуклеарног распада названа су радиоактивни распад и састоје се од алфа, бета и гама распада. Алфа и бета распад трансформишу један елемент у други и често су праћени гама распадом, који ослобађа вишак енергије из производа распадања.
Емисија честица
Гама распад је типични нуспродукт емисије нуклеарних честица. У алфа распаду, нестабилни атом емитује језгро хелијума које се састоји од два протона и два неутрона. На пример, један изотоп уранијума има 92 протона и 146 неутрона. Може да прође алфа распад, постајући елемент торијум и састоји се од 90 протона и 144 неутрона. Бета распад се дешава када неутрон постане протон, при чему емитује електрон и антинеутрино. На пример, бета распад претвара изотоп угљеника са шест протона и осам неутрона у азот који садржи седам протона и седам неутрона.
Гама зрачење
Емисија честица често оставља настали атом у побуђеном стању. Природа, међутим, више воли да честице преузму стање најмање енергије или основно стање. У ту сврху узбуђено језгро може емитовати гама зрак који одводи вишак енергије као електромагнетно зрачење. Гама зраци имају много веће фреквенције од светлосних, што значи да имају већи енергетски садржај. Као и сви облици електромагнетног зрачења, и гама зраци се крећу брзином светлости. Пример емисије гама зрака јавља се када кобалт прође кроз бета распад да би постао никл. Узбуђени никл одаје два гама зрака како би се спустио у основно стање енергије.
Специјални ефекти
Обично је потребно врло мало времена да узбуђено језгро емитује гама зрак. Међутим, одређена узбуђена језгра су „метастабилна“, што значи да могу одложити емисију гама зрака. Кашњење може трајати само делић секунде, али се може протезати на неколико минута, сати, година или чак дуже. Кашњење се дешава када спин језгра забрани распад гама. Још један специјални ефекат се дешава када електрон у орбити упије емитовани гама зрак и избаци се из орбите. Ово је познато као фотоелектрични ефекат.