Gama astronomija koristi za promatranje svemira gama zračenje za otkrivanje najaktivnijih zakutka svemira, primjerice pulsare, kvazare i crne rupe. Radi se o zračenju najkraćih valnih duljina i najveće energije. Nijedna zvijezda ili oblak plina nije dovoljno vruća da isijava u tom dijelu spektra. Umjesto toga gama zrake stvaraju radioaktivni atomi u svemiru, subatomske čestice koje se sudaraju brzinama bliskim brzini svjetlosti, te anihilacija materije i antimaterije. Gama astronomija još je uvijek u povojima, pa je još mnogo izvora ovog energetskog zračenja koje valja prepoznati. Čak i najdulje gama zrake, na granici s rendgenskim, imaju valne duljine manje od atoma. Donje granice za valnu duljinu gama zrake nema: najkraće koje su ikad zabilježene bilijardu su puta kraće od obične vidljive svjetlosti. Takve kratke gama zrake vrlo su rijetke, jer u svemiru nema mnogo energetskih izvora koji bi ih mogli stvoriti. Sve gama zrake iz svemira upije Zemljina atmosfera.[1]
Mjerni instrumenti za opažanje postavljaju se na satelite jer atmosfera upija zračenja. Prva mjerenja izvela je svemirska letjelica OSO-3 (eng. Orbiting Solar Observatory 3) 1968., dok je 1972. SAS-2 (eng. Small Astronomy Satellite 2) ustanovio gama zračenje u dva pulsara, te u prvog otkrivenog kvazara. Izvori zračenja površinski su ili lokalizirani. Zračenje površine neba pristiže najjače iz smjera galaktičke ravnine, a nastaje pri sudaranju čestica kozmičkih zraka s međuzvjezdanim plinom. Među lokaliziranim izvorima nalaze se međuzvjezdani molekularni oblaci, te kompaktni objekti, to jest neutronske zvijezde i crne rupe (ove u bliskim dvojnim sustavima), gama-bljeskovi te posebno kvazari i druge aktivne galaktike.[2]