γ射線在物質中具有較強的穿透本領。能量在10MeV以下的γ射線同物質相互作用時，主要是發生光電效應、康普頓效應、電子偶效應等三種效應。
光電效應 γ光子穿過物質時同原子中的束縛電子相互作用，光子把全部能量交給這一束縛電子，使之克服在原子殼層中的結合能（電離能）而發射出去，這就是光電效應。光電效應截面以一種複雜的方式隨入射光子能量和吸收體原子序數而改變，但總的趨勢是隨光子能量增增加而減小，隨原子序數增加而增加。在光子能量小於1MeV時，光電效應在三種主要效應中占優勢，光電截面在總截面中占主要部分。
康普頓效應 當入射光子能量逐漸增大到1MeV時，γ射線同物質相互作用逐漸由光電效應過渡到康普頓效應。
康普頓效應是γ光子同電子之間的散射。入射γ光子把一部分能量傳遞給電子，光子本身能量減少並向不同的方向散射，散射效應中獲得能量的電子叫反沖電子（圖1）。能夠發生散射效應的電子既可以是自由電子，也可以是束縛於原子之中的電子。康普頓效應發生在γ光子和電子之間，其作用截面是對單個電子而言的。因此，對原子序數為Z的整個原子，散射截面就是單個電子作用截面的 Z倍。當入射光子能量較高時，截面與光子能量近似成反比。
電子偶效應 是γ光子同物質的第三個重要的相互作用，入射光子同原子核電場或電子電場相互作用都可以產生電子偶效應，發生這個效應的閾能是1.02MeV。在電子偶效應中，入射光子轉化為一個正電子和一個負電子，它們的動能是入射光子能量同1.02MeV之差。電子偶效應的截面也是入射光子能量和吸收物質原子序數的函數。當入射光子能量稍大於 1.02MeV時，電子偶效應的截面隨光子能量E 線性增加；在高能時，其截面正比於lnE；能量很高時，截面趨近於一個常數。然而不論在高能或低能，截面都正比於吸收體原子序數Z的二次方。
其他效應 除上述主要的三種效應外，γ射線同物質的相互作用還有其他的效應， 如相幹散射。在低能(100keV)時，相幹散射是很重要的，尤其是重元素中束縛得比較緊的電子有利於這種散射。這種散射長期以來一直是X 射線晶體學的基礎。另外在入射光子能量較高時還有光核反應等。
γ射線的吸收 當γ射線穿過物質時，三種效應都可能發生。在忽略其他效應時，將這三種效應的吸收系數相加就可得到總的線性吸收系數
。式中
μ
ph、
μ
σ、
μ
p分別表示這三種效應中的吸收系數。圖2表示γ射線在鉛中產生三種不同效應的幾率。
窄束γ 射線在物質中的衰減規律是
或
，其中
I
o、
I分別代表穿透前後的γ射線強度，
μ是吸收系數，
μ
m是質量吸收系數，ⅹ是γ射線穿過的厚度，ⅹ
m是質量厚度。
由於γ射線穿過物質時會發生各種效應，同時γ射線又很容易被探測到，使得γ射線在諸如工業探傷、測厚、冶金、自動化、醫療等方面都獲得廣泛的應用。
參考書目
K. Siegbahn， ed.， Alpha-， Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy，Vol. 1，North-Holland，Amsterdam，1965.