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Los rayos gamma (denotados como γ) son radiaciones electromagnéticas de alta energía. Se producen por interacciones de partículas subatómicas, como la aniquilación electrón-positrón, la desintegración de piones neutros, la desintegración radiactiva, la fusión, la fisión o la dispersión Compton inversa en procesos astrofísicos. Los rayos gamma suelen tener frecuencias superiores a 1019 Hz y, por tanto, energías superiores a 100 keV y una longitud de onda inferior a 10 picómetros, a menudo más pequeña que un átomo. Los fotones de la desintegración radiactiva de los rayos gamma suelen tener energías de unos cientos de KeV, y casi siempre tienen menos de 10 MeV de energía.

Paul Villard, químico y físico francés, descubrió la radiación gamma en 1900, mientras estudiaba la radiación emitida por el radio. Los «rayos» alfa y beta ya habían sido separados y nombrados por el trabajo de Ernest Rutherford en 1899, y en 1903 Rutherford llamó a la nueva radiación de Villard «rayos gamma».

Los rayos X duros producidos por los aceleradores lineales («linacs») y los procesos astrofísicos suelen tener mayor energía que los rayos gamma producidos por la desintegración gamma radiactiva. De hecho, uno de los isótopos emisores de rayos gamma más comunes utilizados en medicina nuclear, el tecnecio-99m, produce una radiación gamma de aproximadamente la misma energía (140 kev) que la producida por una máquina de rayos X de diagnóstico, y una energía significativamente menor que los rayos X de tratamiento terapéutico producidos por las máquinas linac en la radioterapia del cáncer.

En el pasado, la distinción entre los rayos X y los rayos gamma se basaba arbitrariamente en la energía (o, de forma equivalente, en la frecuencia o la longitud de onda), pero debido al amplio solapamiento y al creciente uso de fuentes de rayos X de megavoltaje, ahora los dos tipos de radiación se suelen definir por su origen: Los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo (y cuando son producidos por linacs terapéuticos suelen llamarse simplemente «fotones»), mientras que los rayos gamma son emitidos específicamente por el núcleo (es decir, producidos por desintegración gamma). En teoría, no existe un límite inferior para la energía de dichos fotones, por lo que se han postulado los «rayos gamma ultravioleta».

En ciertos campos como la astronomía, los rayos gamma y los rayos X todavía se definen a veces por la energía, ya que los procesos que los producen pueden ser inciertos.

Como forma de radiación ionizante, los rayos gamma pueden causar graves daños cuando son absorbidos por los tejidos vivos, por lo que son un peligro para la salud.