原子核通過發射千電子伏到兆電子伏之間能量的光子（或稱γ射線）從激發態躍遷到較低能態的過程。又稱γ衰變。γ躍遷的性質與躍遷前後能級的性質有關，通過對它的研究可瞭解原子核能級特性。γ光子的能量約等於躍遷前後核能級能量之差。
γ躍遷的多極性 從γ光子所帶有的角動量和宇稱知，γ躍遷分電的和磁的多極性。躍遷的電磁性質和輻射的多極性是γ躍遷的重要特性之一。。通常用符號E表示電躍遷，用符號M表示磁躍遷。當輻射帶走的角動量為Lћ時，其多極次為2L，L是角動量量子數，ћ＝h/2π，h為普朗克常數。如L=1的輻射稱為偶極輻射，L=2的輻射稱為四極輻射，L=3的輻射稱為八極輻射，其餘類推。符號E1、E2、E3等分別表示電偶極輻射、電四極輻射、電八極輻射等；符號M1、M2、M3等分別表示磁偶極輻射、磁四極輻射、磁八極輻射等。
輻射帶走的宇稱和角動量量子數的奇偶性相同的，為電多極輻射；相反的為磁多極輻射。因此，電多極輻射的宇稱為(−1)L，磁多極輻射的宇稱為(−1)L+1。
γ躍遷概率 指單位時間內發生γ衰變的概率，是γ躍遷的又一重要性質。
由多極輻射理論，可得到電2L極輻射的躍遷概率λE(L)和磁2L極輻射的躍遷概率λM(L)的公式如下：
式中
B(
E
L)和
B(M
L)分別為
E
L躍遷和M
L躍遷的約化躍遷概率，
k為γ光子的波數，它與γ光子能量
E
γ的關系是：
由躍遷概率數量級的比較可知，躍遷能量越大，γ躍遷概率也越大。同級的電躍遷概率大於磁躍遷概率；多極級越低，躍遷概率越大。一般，磁2
L極的躍遷概率與電
2
L+l極的躍遷概率有相同的數量級。實驗上可通過測量γ衰變的半衰期或平均壽命求得γ躍遷概率，以便和理論值進行比較。
γ躍遷的選擇定則 由角動量守恒和宇稱守恒以及躍遷概率數量級的比較，可得出始態到末態的躍遷選擇定則，如表所示。
躍遷選擇定則| ΔI | 0或1 2 3 4 5 | Δπ | ＋ | M1(E2) | E2 | M3(E4) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E4 | M5(E6) | － | E1 | M2(E3) | E3 | M4(E5) |
| E5 |
表中ΔI和Δπ分別表示始末態自旋角動量和宇稱的變化，括號內的躍遷多極性表示有可能與括號前的躍遷同時出現。根據躍遷選擇定則，可從始末態的自旋和宇稱定出概率最大的躍遷多極性。如2+→0+躍遷的多極性為E2，4－→0+躍遷的多極性為M2(E3)。
如果已知躍遷的多極性和始末態中一個能級的自旋和宇稱，由選擇定則可推出另一能級的自旋和宇稱。不過這樣定出的能級自旋一般有兩種或三種可能值，需配合其他數據才能肯定其中之一。由實驗測得的躍遷多極性推出能級的自旋和宇稱是核譜學的一項重要內容。
如果核初始處於較高的激發態，由角動量守恒和宇稱守恒的討論及躍遷概率數量級的比較，可知道它往往不能直接躍遷到基態，而要經過一系列中間態之間的躍遷，這種多次相聯的γ躍遷稱為級聯γ躍遷。