Razele cosmice sunt particule minuscule, în mare parte protoni, care se lovesc în atmosfera Pământului la diferite niveluri de energie. Miliarde de raze cosmice se lovesc de Pământ în fiecare secundă, majoritatea cu o energie destul de scăzută. Cu toate acestea, din când în când razele cosmice cu niveluri extreme de energie impactează Pământul. Cel mai puternic înregistrat până acum a fost un singur proton cu o energie de 50 J, aproximativ echivalent cu un teren de baseball. Oamenii de știință nu pot explica cum unele dintre cele mai energice raze și-au obținut energia.
Deși sunt numite „raze cosmice”, trebuie remarcat faptul că razele cosmice sunt particule punctiforme, nu raze. Pe lângă protoni, care reprezintă 90% din toate razele cosmice, există și nuclee de heliu, cunoscute și sub numele de particule alfa, care alcătuiesc încă 9%, și electroni care alcătuiesc restul de 1%.
Spațiul exterior este umplut cu o baie de particule care se mișcă rapid, cunoscută sub numele de flux de raze cosmice. Razele cosmice sunt numite radiații ionizante deoarece au tendința de a impacta moleculele cu o astfel de forță încât scot electronii de pe atomii lor constitutivi, creând ioni distructivi. O bucată de biomaterial lăsată neprotejată suficient de mult timp în mediul cosmic s-ar transforma în brânză elvețiană. Aceasta este una dintre cele mai mari provocări pentru colonizarea umană a spațiului, iar toate modelele de colonii spațiale prezintă ecranare masivă pentru a respinge razele cosmice.
Razele cosmice își au puterea de la obiecte și evenimente cosmice de înaltă energie, cum ar fi stele neutronice, supernove și găuri negre. Majoritatea razelor cosmice provin din interiorul propriei noastre galaxii, unde sunt eructate de supernove sau lansate ca o praștie din puțul gravitațional abrupt al unei găuri negre. De fapt, prezența anumitor niveluri de putere ale razelor cosmice este o dovadă că găurile negre există cu adevărat.
Unul dintre cele mai înalte niveluri ale atmosferei Pământului este cunoscut sub numele de ionosferă, deoarece este ionizat constant de razele cosmice care intră, împreună cu radiația solară. Termosfera, care este un subset al ionosferei, experimentează o încălzire de până la mii de grade din cauza radiațiilor ionizante, dar deoarece densitatea particulelor aici este relativ scăzută, nu s-ar simți atât de cald dacă ar fi să vizitați acolo.
Cele mai energice raze cosmice provin de la evenimente de super-înaltă energie din afara galaxiei noastre și oferă o fereastră rară în funcționarea universului mai larg. Fizicienii construiesc facilități de mai multe milioane de dolari pentru a studia fluxul razelor cosmice în detaliu.