Kosmiset säteet ovat pieniä hiukkasia, enimmäkseen protoneja, jotka osuvat maan ilmakehään eri energiatasoilla. Miljardit kosmiset säteet törmäävät maapalloon joka sekunti, useimmat niistä melko alhaisella energialla. Kuitenkin silloin tällöin kosmiset säteet, joissa on äärimmäistä energiaa, vaikuttavat maahan. Tehokkain vielä tallennettu oli yksi protoni, jonka energia oli 50 J, suunnilleen vastaava kuin baseball -kenttä. Tutkijat eivät osaa selittää, kuinka jotkut energisimmistä säteistä saivat energiansa.
Vaikka niitä kutsutaan “kosmisiksi säteiksi”, on huomattava, että kosmiset säteet ovat pistemäisiä hiukkasia, eivät säteitä. Lukuun ottamatta protoneja, jotka muodostavat 90%kaikista kosmisista säteistä, on myös heliumytimiä, jotka tunnetaan myös alfahiukkasina, jotka muodostavat vielä 9%, ja elektronit, jotka muodostavat loput 1%.
Ulkoavaruus on täynnä nopeasti liikkuvien hiukkasten kylpyä, joka tunnetaan nimellä kosminen säteilyvirta. Kosmisia säteitä kutsutaan ionisoiviksi säteilyiksi, koska niillä on taipumus iskeä molekyyleihin sellaisella voimalla, että ne lyövät elektronit niiden muodostavista atomeista ja muodostavat tuhoavia ioneja. Pala biomateriaalia, joka on suojaamattomana riittävän pitkään kosmisessa ympäristössä, muuttuisi sveitsiläiseksi juustoksi. Tämä on yksi suurimmista haasteista ihmisten avaruuden siirtomaalle, ja kaikissa avaruuspesäkkeiden malleissa on massiivinen suojaus kosmisen säteen torjumiseksi.
Kosmiset säteet saavat suuren energian kosmisista esineistä ja tapahtumista, kuten neutronitähdistä, supernovista ja mustista aukoista. Suurin osa kosmisista säteistä on peräisin omasta galaksistamme, missä supernovat röyhtäilevät ne tai laukaisevat kuin rintareppu mustan aukon jyrkän painovoiman lävitse. Itse asiassa tiettyjen kosmisäteiden tehotasojen läsnäolo on todiste siitä, että mustia aukkoja on todella olemassa.
Yksi maapallon korkeimmista tasoista tunnetaan ionosfäärinä, koska sitä ionisoivat jatkuvasti saapuvat kosmiset säteet auringon säteilyn ohella. Termosfääri, joka on ionosfäärin osajoukko, kuumenee jopa tuhansia asteita ionisoivan säteilyn vuoksi, mutta koska hiukkastiheys on täällä suhteellisen alhainen, se ei tuntuisi niin lämpimältä, jos vierailisit siellä.
Voimakkaimmat kosmiset säteet tulevat galaksimme ulkopuolisista erittäin korkean energian tapahtumista ja tarjoavat harvinaisen ikkunan laajemman maailmankaikkeuden toimintaan. Fyysikot rakentavat monen miljoonan dollarin tilat tutkiakseen kosmisen säteilyn yksityiskohtaisesti.