Röntgenikiirgusespekter kattub osaliselt gammakiirguse spektriga (suure sagedusega röntgenikiirgus on sama, mis madala sagedusega gammakiirgus). Nende eristamisel lähtutakse mitte kiirguse sagedusest, vaid selle tekkimise viisist. Röntgenikiirgus tekib elektronide liikumisel kõrgemalt energeetiliselt tasemelt madalamale, gammakiirgus tekib aga tuumaprotsessides.
Tulenevalt gammakiirguse poolt kantavast suurest energiast tekitab gammakiirgus eluskudedele suuri kahjustusi. Gammakiirgus on ioniseeriv kiirgus.
Koobalti aatomi tuum kiirgab beetaosakese (energiaga 0,31 MeV), antielektronneutriino ja gammakvandi (energiaga 1,7 MeV). (Ka neutriino kannab energiat ära, kuid see on vähemärgatav võrreldes beetaosakese ja gammakvandiga.) Tuum jääb ergastatud seisundisse. Selleks, et minna oma põhiolekusse, kiirgab ta veel ühe gammakvandi (energiaga 1,33 MeV).
Sama kehtib ka elektronkatte kohta. Kui elektronkate neelab suure energiaga beetaosakese või gammakvandi, siis aatom ergastub – mõni tema elektronidest tõuseb kõrgemale energeetilisele tasemele. Selleks, et aatom läheks tagasi põhiolekusse, peab ta kiirgama ühe (või mitu) gammakvanti. Terminoloogiliselt nimetatakse elektronkatte tekitatud kiirgust siiski röntgenikiirguseks, kuigi tema lainepikkus võib olla sama kui tuuma tekitatud gammakiirgusel.
Gammakiirguse mõju ainele
Gammakiirgus ioniseeribainet, mida ta läbib (gammakiirgus on ioniseeriv kiirgus). Ioniseerimine toimub kolmel põhilisel moel – fotoefektina, Comptoni hajumisena ja elektron-positron paaride tekkimisena. Kõigi kolme meetodi puhul tekkinud vabad elektronid (positronid) omavad piisavalt energiat, et olla ka ise ioniseeriva toimega. Samuti tekib gammakiirguse neeldumisel ohtralt teisest gammakiirgust.
Fotoefekt
Fotoefekt on elektronide "väljalöömine" aatomi elektronkattest. Kui aatomi elektronkattes olev elektron neelab gammakvandi, siis saab ta piisavalt energiat, et lahkuda oma potentsiaali august aatomis ja muutuda vabaks elektroniks, mille kineetiline energia on gammakvandi energia miinus elektroni seoseenergia aatomis. Elektroni loovutanud aatom muutub positiivseks iooniks.
Fotoefekt on põhiline ainega reageerimise viis röntgenikiirte ja madala energiaga (alla 50 keV) gammakiirguse puhul. Suuremate energiate puhul on teiste ioniseerimisprotsesside toimumise tõenäosus oluliselt suurem.
Comptoni hajumine
Comptoni hajumine on protsess, mille puhul toimub samuti elektroni "väljalöömine" aatomi elektronkattest, kuid tekkiv vaba elektron viib ära ainult osa gammakvandi kineetilisest energiast. Ülejäänud kineetilise energia viib minema uus gammakvant. Sellisel moel gammakiirgus ei neeldu, vaid tema energia väheneb.
Comptoni hajumine on põhiline protsess gammakiirgusel, mille kvantidel on energia vahemikus 100 keV kuni 10 MeV. Suurema energia puhul selle protsessi tõenäosus väheneb kiiresti.
Paaride teke
Aatomi tuuma elektriväljas võib piisavalt suure energiaga gammakvant lüüa vaakumist välja elektroni-positroni paari. Elektroni ja positroni loomiseks vajalikust energiast üle jääv gammakvandi energia muutub elektroni, positroni ja elektrivälja tekitanud aatomituuma kineetiliseks energiaks. Positron annihileerub kohtudes mõne elektroniga ning selle tulemusena tekib kaks uut gammakvanti.
Gammakiirguse varjestamiseks kasutatakse võimalikult suure aatomnumbriga ja võimalikult tihedat ainet (enamasti pliid). Et gammakvandi neeldumise tõenäosus on võrdeline läbitava aine paksusega, siis varje paksuse suurendamine vähendab sellest läbi tungiva gammakiirguse intensiivsust eksponentsiaalselt. See kehtib küll ainult kitsa gammakiirguse kimbu (kiire) puhul. Laia gammakiirguse varjestamine on keerulisem, sest arvesse tuleb võtta ka varje sees tekkiv teisene gammakiirgus.
Reeglina mõõdetakse erinevate materjalide gammakiirguse varjestamisvõimet materjali paksusega, mis on vajalik kiirguse intensiivsuse vähendamiseks poole võrra. Näiteks kui 1 cm paksune pliiplaat vähendab gammakiirgust poole võrra, siis sama efekti saamiseks peab betoon olema 6 cm paksune ja tihendatud pinnas 9 cm paksune.
