伽马衰变﹝γ衰变）是放射性元素衰变的一种形式。反应时放出伽马射线（电磁波的一种）。

原子核从不稳定的高能状态跃迁到稳定或较稳定的低能状态，并且不改变其组成成分的过程。γ衰变时所放出的射线称作γ射线。通常在发生α衰变或β衰变时，所生成的核仍处于不稳定的较高能态（激发态），在转化到处于稳定的最低能态（基态）的过程中，也会产生这种衰变而放出γ射线。

由于此衰变不涉及质量或电荷变化，故此并没有特别重要的核反应方程式，

但仍可著量写成：

以星号代表某物质 X 的活跃状态。

伽马射线或伽马射线（记为γ）是一种电磁辐射，是亚原子粒子相互作用产生的特定频率的电磁波，例如来自电子对湮没和放射性衰变；伽马射线最多产生自星际空间的核反应。

伽马射线是电磁辐射，具有在电磁辐射的频谱中最高的频率和能量，而且在电磁辐射的频谱中波长最短，即是属于高能光子。由于其高能量，活细胞吸收它们时能造成严重破坏。

屏蔽伽马射线都需要大量的质量。材料用于屏蔽要顾及到质量和密度。高能量的伽马射线，要求较厚的材料作屏蔽。屏蔽伽马射线的材料通常有相当的厚度，以减低 伽马射线的强度。举例来说，伽马射线需要1厘米（0.4英寸）的铅降低其强度至50%，6厘米（2.5英寸）的混凝土也可以将其强度降低 一半。

伽马射线在1900年由法国化学家兼物理学家保罗·乌尔发现。

初时，它被假定成伽马射线粒子。事实上，它们可以也是光线的一种，这个概念由英国物理学家威廉·亨利·布拉格在1910年提出，他表明射线电离气体的方式相似X射线。

早在1914年，欧内斯特·卢瑟福和爱德华·安德拉德发现伽马射线是一种形式的电磁辐射并用晶体衍射测量其波长。经测量发现其波长短于0.01埃，当时它的个体性质和光线性质不明。

直到人们利用气球或飞船探测得到大气层中的伽马射线，伽马射线天文学才开始发展。人类第一次把伽马射线望远镜送入地球轨道上的卫星是在1961年，探测到少于100宇宙伽马射线光子。到了六十年代末和七十年代初，伽马射线探测器登上原本是军事卫星的“孟卫星系列”，开始记录扫射这些来自深空的射线。