ჩვენს სამყაროში მიმდინარეობს მრავალი აქტიური პროცესი, როგორიცაა, მაგალითად, მოვლენები გალაქტიკების ბირთვებში, ან ზეახალი ვარსკვლავების აფეთქებები. ამ პროცესებისას გამოიტყორცნება ნაწილაკები (ელექტრონები, პროტონები და სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ბირთვები), რომლებსაც კოსმოსურ სხივებბს უწოდებენ. კოსმოსურ სივრცეში გადაადგილებისას ეს ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ სამყაროში არსებულ მატერიასთან და ელექტრომაგნიტურ ველებთაან. ამ ურთიერთქმედებების ერთ-ერთი შედეგია ძალიან მაღალლი ენერგიის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების – გამა-სხივების – გაჩენა. ზოგჯერ გამა-სხივები თავად ციურ ობიექტებში წარმოიქმნება.

      გამა-სხივები წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ყველაზე ენერგიულ ნაწილს. მათი ენერგია ასიათასჯერ მაინც აჭარბებს ხილული სინათლის ენერგიას. ასეთი მააღალი ენერგიის მქონე გამოსხივების შესწავლა მეცნიერებს საშუალებას აძლევს აღმოაჩინონ ახალი მოვლენები, შეამოწმონ თავიანთი თეორიიები და "ჩაატარონ" ექსპერიმენტები, რომელთა განხორციელებბა დედამიწის პირობებში შეუძლებელია.

      გამა-ასტრონომიის ერთ-ერთი საინტერესო შესაძლებლობა დაკავშირებულია იმასთან, რომ მაღალი ენერგიის გამა-სხივები თითქმის არ განიბნევა შემხვედრ ნივთიერებაზე და წყაროდან დამკვირვებლამდე, რენტგენის სხივების მსგავსად, პრაქტიკულად სწორხაზოვნად ვრცელდება. ამიტომ გამა-ასტრონომია საშუალებას იძლევა ლოკალიზებული და შესწავლილი იქნას გამა-სხივების წყაროები, მათ შორიის პულსარები, ნეიტრონული ვარსკვლავები, ვარსკვლავები ევოლუციის საწყის სტადიაში, შავი ხვრელების აკრეციული დისკოები და სხვ.

      გამა-ასტრონომიის კიდევ ერთი ასპექტია ეგრეთ წოდებული გამა-აფეთქებების შესწავლა. გამა-აფეთქებები დაახლოებით დღეში ერთხელ ხდება. ისინი ცაზე იზოტროპულად არიან განაწილებული. ეს აფეთქებები წარმოადგენს სამყაროში ენერგიის ყველაზე დიდ გამონატყორცნებს, რომლებიც დღესდღეობითაა ცნობილი. აფეთქებების ხანგრძლივობა მერყეობს რამდენიმე მილიწამიდან რამდენიმე წამამდე, ხანდახან რამდენიმე წუთამდეც კი. გამა-აფეთქებები, ტიპიურ ზეახალ ვარსკვლავებთან შედარებით, რამდენიმე ასეულჯერ, ხოლო მზესთან შედარებით 10 ხარისხად 15-ჯერ უფრო კაშკაშაა. დაკვირვებების ანალიზის შედეგებზე დაყრდნობით გამა-აფეთქებების ერთ-ერთ სავარაუდო წყაროდ შავი ხვრელები ითვლება. თუმცა ახლახან ნაჩვენები იქნა, რომ ერთ-ერთი გამა-აფეთქება დაკავშირებული იყო ნეიტრონულ ვარსკვლავთან და არა შავ ხვრელთან.

      გამა-აფეთქებების შემდეგ რამდენიმე თვის განმავლობაში დაიკვირვება ე.წ. ნარჩენი გამოსხივება, რომლის შესწავლით მეცნიერები იმედოვნებენ გამა-აფეთქებების ბუნების დადგენას.