Considérons la désintégration radioactive d'un noyau X en son noyau fils Y. Il est assez fréquent que le noyau fils soit produit non pas à l'état fondamental, c'est-à-dire à son état de plus basse énergie, mais dans un état excité.

Lorsque le noyau fils Y est produit à l'état excité, il se désexcite pour revenir à son état fondamental en émettant un photon de haute énergie appelé photon gamma.

L'émission peut accompagner tout type de désintégration radioactive. Selon l'énergie de l'état excité, la désexcitation vers le fondamental peut se produire en une ou en plusieurs étapes, autrement dit il peut y avoir émission d'un ou plusieurs photons .

On pourra donc écrire, d'une façon générale :

Dans tous les cas, il n'y aura émission gamma que si le noyau fils Y est produit à l'état excité. Notons que c'est le cas le plus courant pour les désintégrations bêta et par capture électronique.

On peut représenter ce transfert d'énergie, du noyau excité vers un ou des photon(s) gamma(s), à l'aide d'un diagramme en énergie.