Gama emisyonu süreci, uyarılmış bir çekirdek, bir gama fotonu yayarak enerji kaybettiğinde meydana gelir. Bu, bir çekirdek uyarılmış bir durumda olduğunda, örneğin beta bozunması veya elektron yakalamaya maruz kaldıktan sonra meydana gelebilir. Bu durumlarda çekirdek, gama ışını yayarak serbest bırakabileceği fazla enerjiyle kararsız bir durumda kalır.
Gama ışınları nükleer fisyon ve füzyon gibi diğer nükleer reaksiyonlarla da üretilebilir. Nükleer fisyonda, uranyum ve plütonyum gibi ağır atomların çekirdekleri daha küçük çekirdeklere bölünür ve bu süreçte büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerji gama ışınları ve diğer radyasyon türleri şeklinde salınır. Nükleer füzyonda, hidrojen ve helyum gibi hafif atomların çekirdekleri birleşerek daha ağır çekirdekler oluşturur ve bu süreçte büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerji aynı zamanda gama ışınları ve diğer radyasyon türleri şeklinde de salınır.