Gama žarki so oblika elektromagnetnega sevanja z največ energije in najmanjšo valovno dolžino. Opredeljeni so kot valovi s periodo (valovno dolžino) manjšo od 1 pikometra, kar je 0.001 nanometra. Za primerjavo, premer vodikovega atoma je 50 pikometrov. Zato je valovna dolžina gama sevanja po definiciji subatomska. Njihova energija je reda 1.25 MeV (mega-elektron-voltov) ali več. Gama žarki nastanejo v zelo energičnih dogodkih, kot so supernove, v in okoli teles eksotične snovi, kot so nevtronske zvezde, pulsarji in črne luknje, ali na manj spektakularen način, ko se radioaktivna jedra razgradijo v medzvezdnem mediju.
Valovna dolžina žarkov gama se lahko zmanjša za 10-15 ali 0.000001 nanometrov okoli klasičnega polmera elektrona. Ko se valovna dolžina zmanjša, se ustrezna energija poveča. Zaradi svoje ogromne energije je gama žarke izjemno težko ustaviti. Za zaščito nečesa pred žarki gama so potrebni debeli ščiti (1m+) snovi s čim višjim atomskim številom. Svinec je ena izmed priljubljenih snovi. Znano je, da gama žarki potujejo skozi 3 metre betona. Zaradi svoje visoke energije in sposobnosti prodiranja so gama žarki izredno nevarni biološko – ob stiku lahko ubijejo žive celice. Najnevarnejši začetni učinek jedrske eksplozije je blisk žarkov gama.
Gama žarke je prvi opazil Paul Ulrich Villard leta 1900, ko je preučeval radioaktivnost urana. Sprva se je domnevalo, da so gama žarki delci, tako kot njegovi sevalni bratranci alfa delci in beta delci, vendar je njihovo sijanje skozi kristal dokazalo, da so res elektromagnetno valovanje. Tako kot delci alfa in beta delci so tudi gama žarki ionizirajoče sevanje, čeprav (za razliko od beta delcev) sami niso nabiti. Ionizirajoče sevanje je dovolj močno, da iz atomov, ki jih zadene, odstrani elektrone, jih napolni in povzroči motnje v rezidenčnem materialu.
Eden najbolj neverjetnih pojavov v zvezi z gama žarki je izbruh žarkov gama (GRB). To so ogromne eksplozije žarkov gama, ki se pojavijo v globokem vesolju. So najbolj energična dejavnost v vesolju od velikega poka. (Bolj energičen kot supernove.) V 10 sekundah velik izbruh žarkov gama sprosti več energije, kot jo bo Sonce sprostilo v svojem 10 milijard letnem življenju. Za razlago različnih vrst izbruhov žarkov gama so bile zgrajene različne. Prevladujoča teorija je kolapsar. Kolapsar je posebna supermasivna zvezda, ki iz svojih polov izžene visokoenergijske relativistične curke, medtem ko je podvržena zadnji fazi kolapsa. Te opazujemo kot GRB. Drugačen tip GRB je verjetno razložen z degeneriranimi dvojnimi zvezdami. Izjemno goste nevtronske zvezde lahko občasno trčijo, pri čemer v procesu fuzije sprostijo ogromne količine gama žarkov.
Gama žarki se uporabljajo tudi v medicini za ubijanje malignih celic, kot so rakave celice. Ta postopek se imenuje operacija z gama nožem.