A gamma-emisszió folyamata akkor következik be, amikor egy gerjesztett atommag energiát veszít a gamma-foton kibocsátásával. Ez akkor fordulhat elő, amikor egy mag gerjesztett állapotban van, például miután béta-bomláson vagy elektronbefogáson ment keresztül. Ezekben az esetekben az atommag instabil állapotban marad energiafelesleggel, amelyet gamma-sugárzás kibocsátásával tud felszabadítani.
Gamma-sugarakat más nukleáris reakciók is előállíthatnak, például maghasadás és fúzió. A maghasadás során a nehéz atomok, például az uránium és a plutónium magjai kisebb atommagokra hasadnak, és a folyamat során nagy mennyiségű energia szabadul fel. Ez az energia gamma-sugárzás, valamint más típusú sugárzás formájában szabadul fel. A magfúzió során a könnyű atomok, például a hidrogén és a hélium atommagjai nehezebb atommagokká egyesülnek, és a folyamat során szintén nagy mennyiségű energia szabadul fel. Ez az energia gamma-sugárzás, valamint más típusú sugárzás formájában is felszabadul.