Existem três maneiras principais pelas quais as radiações gama interagem com a matéria:

1. Efeito fotoelétrico: Essa interação ocorre quando um fóton de raio gama transfere toda a sua energia para um elétron fortemente ligado, fazendo com que o elétron seja ejetado do átomo. A probabilidade do efeito fotoelétrico diminui com o aumento da energia do fóton e é mais significativa para raios gama de baixa energia e materiais de alto número atômico.

2. Espalhamento Compton: Nesta interação, um fóton de raio gama colide com um elétron fracamente ligado, transferindo parte de sua energia para o elétron e fazendo-o recuar. O fóton espalhado continua em uma direção diferente com energia reduzida. O espalhamento Compton é o mecanismo de interação dominante para raios gama com energias intermediárias.

3. Produção em pares: Essa interação ocorre quando um fóton de raio gama de alta energia interage com o forte campo elétrico próximo a um núcleo atômico, convertendo-se em um par elétron-pósitron. O elétron e o pósitron têm a mesma energia que o fóton original, menos a energia de massa restante das duas partículas. A produção de pares só é possível quando a energia do fóton excede duas vezes a energia da massa de repouso de um elétron (1,022 MeV).

A probabilidade relativa dessas interações depende da energia dos fótons dos raios gama e do número atômico do material. Em baixas energias, o efeito fotoelétrico é dominante. À medida que a energia aumenta, o espalhamento Compton torna-se mais significativo e a produção de pares torna-se importante em energias muito altas.