放射性同位素衰變時從原子核內部發出的一種射線。也稱為γ光子或γ粒子。γ射線是1900年P.維拉爾在研究鈾輻射時發現的，這一射線是繼α、β射線後發現的第三種鈾輻射的成分，因此稱之為γ射線。γ射線是核內能級間的躍遷產生的輻射，它和可見光、無線電波、X射線一樣，本質上都是電磁波，但γ射線波長更短（短於0.2納米），光子能量更大（大於10−>2兆電子伏）。γ射線具有比X射線更強的穿透能力。核內能級的間距大，躍遷所產生的γ光子能量也大。核反應或其他粒子反應中也會產生γ光子，此時γ光子能量會更大。
γ射線與物質的相互作用 γ射線通過物質並與原子相互作用時會產生光電效應、康普頓效應和正負電子對生成三種效應。原子核釋放出的γ光子與核外電子相碰時，會把全部能量交給電子，使電子離開原子成為光電子，這就是光電效應。由於核外電子殼層出現空位，將產生內層電子的躍遷並發射X射線標識譜。γ光子的能量較高時，除光電效應外還可能與核外電子發生彈性碰撞，γ光子的能量和運動方向均有改變，從而產生康普頓效應。如果γ光子的能量更大，由於受原子核的作用而轉變成正負電子對，此效應隨γ光子能量的增高而增強。γ射線同物質相互作用還有其他的效應，如相幹散射、光核反應等。
測量 γ光子不帶電，故不能用磁偏轉法測出其能量，隻能利用γ光子造成的各種效應間接求出，如通過測量光電子或正負電子對的能量推算出來。此外還可用γ譜儀（利用晶體對γ射線的衍射）直接測量γ光子的能量。由熒光晶體、光電倍增管和電子儀器組成的閃爍計數器是探測γ射線強度的常用儀器。
應用 γ射線在工業中可用來探傷或流水線的自動控制。γ射線對細胞有殺傷力，醫療上用來治療腫瘤。
研究由核衰變和核反應所產生的γ射線的能譜及其他性質，可瞭解原子核的能級特征，獲得核結構和反應機制的信息。原子核在衰變或反應後處在激發態，常以級聯γ輻射的方式退激到穩定態。通過實驗測量γ射線的能量、相對強度、隨時間變化、角分佈等參數可定出原子核能級、核自旋、宇稱等。這些研究構成瞭原子核物理學的一個分支——γ射線能譜學。
在天文學觀測中，由於γ射線會被地球大氣嚴重吸收，因此隻能利用衛星、高空氣球、火箭（主要是衛星）來進行探測。通過衛星上的儀器，探測到發射γ射線的天體，其中包括γ射線脈沖星。1958年發現太陽出現耀斑時，經常伴隨有持續時間僅數十秒鐘高能光子（γ射線）發射，這就叫γ射線爆發。此後多次觀測到瞭宇宙γ射線爆發。