Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik dengan energi paling besar dan panjang gelombang terkecil. Mereka didefinisikan sebagai gelombang dengan periode (panjang gelombang) kurang dari 1 picometer, yaitu 0.001 nanometer. Sebagai perbandingan, diameter atom hidrogen adalah 50 pikometer. Oleh karena itu panjang gelombang radiasi gamma adalah menurut definisi subatomik. Energi mereka berada di urutan 1.25 MeV (mega-elektron-volt) atau lebih. Sinar gamma dihasilkan dalam peristiwa yang sangat energik seperti supernova, di dalam dan di sekitar benda-benda eksotik seperti bintang neutron, pulsar, dan lubang hitam, atau dengan cara yang kurang spektakuler ketika inti radioaktif pecah di medium antarbintang.
Panjang gelombang sinar gamma bisa turun serendah 10-15 atau 0.000001 nanometer, di sekitar radius klasik elektron. Ketika panjang gelombang berkurang, energi yang sesuai meningkat. Karena energinya yang besar, sinar gamma sangat sulit dihentikan. Untuk melindungi sesuatu dari sinar gamma membutuhkan perisai tebal (1m+) dari zat dengan nomor atom setinggi mungkin. Timbal adalah salah satu zat yang populer. Sinar gamma telah diketahui melakukan perjalanan melalui 3 meter beton. Karena energinya yang tinggi dan kemampuan penetrasinya, sinar gamma sangat berbahaya secara biologis — mereka dapat membunuh sel-sel hidup saat bersentuhan. Efek awal yang paling berbahaya dari ledakan nuklir adalah kilatan sinar gamma.
Sinar gamma pertama kali diamati oleh Paul Ulrich Villard pada tahun 1900, ketika ia sedang mempelajari radioaktivitas uranium. Awalnya, sinar gamma diduga adalah partikel, seperti sepupu radiasinya partikel alfa dan partikel beta, tetapi menyinarinya melalui kristal membuktikan bahwa mereka memang gelombang elektromagnetik. Seperti partikel alfa dan partikel beta, sinar gamma adalah radiasi pengion, meskipun (tidak seperti partikel beta) tidak bermuatan. Radiasi pengion cukup kuat untuk melepaskan elektron dari atom yang ditabraknya, memberikannya sebagai muatan dan menyebabkan gangguan pada materi yang ada.
Salah satu fenomena paling menakjubkan tentang sinar gamma adalah ledakan sinar gamma (GRB). Ini adalah ledakan sinar gamma besar yang terjadi di luar angkasa. Mereka adalah aktivitas paling energik di alam semesta sejak Big Bang. (Lebih energik daripada supernova.) Dalam 10 detik, ledakan sinar gamma yang besar melepaskan lebih banyak energi daripada yang akan dilepaskan Matahari selama masa hidup 10 miliar tahun. Berbagai telah dibangun untuk menjelaskan berbagai jenis semburan sinar gamma. Teori yang berlaku adalah teori collapsar. Collapsar adalah bintang supermasif khusus yang menyemburkan pancaran energi relativistik tinggi dari kutubnya saat mengalami tahap keruntuhan akhir. Kami mengamati ini sebagai GRB. Jenis GRB yang berbeda kemungkinan dijelaskan oleh bintang biner yang merosot. Bintang-bintang neutron yang sangat padat kadang-kadang dapat bertabrakan, melepaskan sejumlah besar sinar gamma dalam proses fusi.
Sinar gamma juga digunakan dalam pengobatan untuk membunuh sel-sel ganas, seperti sel kanker. Prosedur ini disebut operasi pisau gamma.