Jezgro atoma moze se nalaziti u osnovnom stanju ili u nekom pobudjenom stanju kao i elektron u elektronskom omotacu. Za pobudjivanje elektrona, odnosno za njegov prelaz iz osnovnog u pobudjeno stanje, potrebno je nekoliko elektron-volti energije, a za pobudjivanje jezgra potrebna je energija reda velicine megaelektron-volti. Tako velika energija, million puta veca nego za pobudjivanje elektrona, ne moze se obezbijediti pri toplotnom kretanju ili pri nekim mehanickim ili hemijskim procesima.

Jezgro moze prijeci u pobudjeno stanje pri interakcijama sa elementarnim cesticama kao u slucaju nuklearne fisije. Osim toga, u toku procesa alfa-raspada ili beta-raspada moze se dobiti jezgro u pobudjenom stanju. Kada jezgro prelazi iz pobudjenog u neko nize energijsko stanje ono emituje gama-foton.

Pri emisiji gama-fotona ne mijenja se broj nukleona u jezgru :

_ZX^{* A}     _ZX^A + γ

gdje zvjezdica oznacava da je jezgro u pobudjenom stanju.

Gama-fotoni su visoke energije i veoma su stetni za organizam covjeka. Od gama-zracenja mozemo se zastiti specijalnim odijelima i debelim olovnim plocama.

Energijski spektar gama-zracenja je diskretan. Gama-radioaktivni elementi emituju karakteristicne grupe gama-zraka strogo odredjene energije. Mjerenjem energije pojedinih grupa gama-zraka mogu se identifikovati jezgra koja ih emituju, odnosno moze se odrediti hemijski sastav neke supstance. Gama-zraci se krecu brzinom svjetlosti i imaju veliku prodornu moc. Mogu se zaustaviti samo debljim olovnim plocama, cija debljina zavisi od njihovog intenziteta.

Metodom gama-defektoskopije mogu se otkriti defekti u metalnim predmetima, sto ima veliku primjenu u metalurgiji. Mjerenjem intenziteta gama-zraka koje se propuste kroz metalni predmet mogu se odrediti lokacije, oblik i dimenzije defekta. Gama-zraci ne skrecu u elektricnom i magnetnom polju i imaju manju jonizacionu moc od beta-zraka.

Pri emisiji gama-zracenja moze se javiti i rendgensko zracenje. Ono je posljedica unutrasnje konverzije gama-fotona. Unutrasnja konverzija nastaje pri interakciji gama-fotona i elektrona u elektronskom omotacu atoma. Kada dodje do te interakcije, koja ima veoma malu vjerovatnocu, gama-foton preda svu energiju elektronu i tako nastaje emisija konverzionog elektrona. Ova pojava analogna je fotoelektricnom efektu, pa za unutrasnju konverziju gama-zracenja vazi Einstein-ova jednacina za fotoefekat, napisana u obliku,

gdje je hf energija gama-fotona,    energija konverzionog elektrona u polju elektricnog potencijala atoma i A_n izlazni rad elektronasa n-te orbite.