Οι ακτίνες γάμμα είναι η μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την περισσότερη ενέργεια και το μικρότερο μήκος κύματος. Ορίζονται ως κύματα με περίοδο (μήκος κύματος) μικρότερη από 1 πικόμετρο, που είναι 0.001 νανόμετρα. Συγκριτικά, η διάμετρος ενός ατόμου υδρογόνου είναι 50 πικόμετρα. Επομένως το μήκος κύματος της ακτινοβολίας γάμμα είναι εξ ορισμού υποατομικό. Η ενέργειά τους είναι της τάξης του 1.25 MeV (μεγα-ηλεκτρον-βολτ) ή μεγαλύτερη. Οι ακτίνες γάμμα δημιουργούνται σε πολύ ενεργητικά γεγονότα όπως οι σουπερνόβα, μέσα και γύρω από σώματα εξωτικής ύλης όπως αστέρια νετρονίων, πάλσαρ και μαύρες τρύπες ή με λιγότερο θεαματικό τρόπο όταν διασπώνται ραδιενεργοί πυρήνες στο διαστρικό μέσο.
Το μήκος κύματος των ακτίνων γάμμα μπορεί να πέσει έως και 10-15 ή 0.000001 νανόμετρα, γύρω από την κλασική ακτίνα ενός ηλεκτρονίου. Καθώς το μήκος κύματος μειώνεται, η αντίστοιχη ενέργεια αυξάνεται. Λόγω της τεράστιας ενέργειάς τους, οι ακτίνες γάμμα είναι εξαιρετικά δύσκολο να σταματήσουν. Για να προστατεύσετε κάτι από τις ακτίνες γάμμα απαιτούνται παχιές ασπίδες (1 m+) ουσιών με όσο το δυνατόν υψηλότερο ατομικό αριθμό. Ο μόλυβδος είναι μια δημοφιλής ουσία. Είναι γνωστό ότι οι ακτίνες γάμμα ταξιδεύουν μέσα από 3 μέτρα σκυροδέματος. Λόγω των υψηλών ενεργειών και της ικανότητας διείσδυσής τους, οι ακτίνες γάμμα είναι εξαιρετικά επικίνδυνες βιολογικά — μπορούν να σκοτώσουν ζωντανά κύτταρα κατά την επαφή. Το πιο επικίνδυνο αρχικό αποτέλεσμα μιας πυρηνικής έκρηξης είναι η λάμψη των ακτίνων γάμμα.
Οι ακτίνες γάμμα παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά από τον Paul Ulrich Villard το 1900, ενώ μελετούσε τη ραδιενέργεια του ουρανίου. Αρχικά, υπήρχε η υποψία ότι οι ακτίνες γάμμα ήταν σωματίδια, όπως τα ακτινοβολούμενα σωματίδια άλφα και βήτα, αλλά η λάμψη τους μέσα από έναν κρύσταλλο απέδειξε ότι ήταν όντως ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Όπως τα σωματίδια άλφα και τα σωματίδια βήτα, οι ακτίνες γάμμα είναι ιονίζουσα ακτινοβολία, αν και (σε αντίθεση με τα σωματίδια βήτα) δεν είναι οι ίδιες φορτισμένες. Η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι αρκετά ισχυρή ώστε να αφαιρεί τα ηλεκτρόνια από τα άτομα που χτυπά, δίνοντάς τα ως φορτίο και προκαλώντας διαταραχή στο μόνιμο υλικό.
Ένα από τα πιο εκπληκτικά φαινόμενα που αφορούν τις ακτίνες γάμμα είναι αυτό της έκρηξης ακτίνων γάμμα (GRB). Πρόκειται για τεράστιες εκρήξεις ακτίνων γάμμα που συμβαίνουν στο βαθύ διάστημα. Είναι η πιο ενεργητική δραστηριότητα στο σύμπαν από τη Μεγάλη Έκρηξη. (Πιο ενεργητικός από τους σουπερνόβα.) Σε 10 δευτερόλεπτα, μια μεγάλη έκρηξη ακτίνων γάμμα απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα απελευθερώσει ο Ήλιος κατά τη διάρκεια της ζωής του 10 δισεκατομμυρίων ετών. Έχουν κατασκευαστεί διάφορα για να εξηγήσουν διάφορους τύπους εκρήξεων ακτίνων γάμμα. Η επικρατούσα θεωρία είναι αυτή του καταρράκτη. Ο καταρράκτης είναι ένα ειδικό υπερμεγέθη αστέρι που εκτοξεύει σχετικιστικούς πίδακες υψηλής ενέργειας από τους πόλους του ενώ υφίσταται το τελικό στάδιο κατάρρευσης. Αυτά τα παρατηρούμε ως GRBs. Ένας διαφορετικός τύπος GRB πιθανώς εξηγείται από εκφυλισμένα δυαδικά αστέρια. Τα εξαιρετικά πυκνά αστέρια νετρονίων μπορεί περιστασιακά να συγκρουστούν, απελευθερώνοντας τεράστιες ποσότητες ακτίνων γάμμα στη διαδικασία σύντηξης.
Οι ακτίνες γάμμα χρησιμοποιούνται επίσης στην ιατρική για να σκοτώσουν κακοήθη κύτταρα, όπως τα καρκινικά κύτταρα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται χειρουργική επέμβαση με μαχαίρι γάμμα.