En physique atomique, les atomes excités par une source d'énergie se désexcitent en émettant des photons, souvent dans le domaine UV ou bien dans le visible comme c'est le cas des tubes luminescents que nous utilisons pour nous éclairer. Cette émission, nommée fluorescence, se produit quasi immédiatement après excitation de l'atome. Certains atomes cependant (dans des structures cristallines particulières) ont la propriété d'émettre cette lumière sous forme retardée, plusieurs heures parfois après l'excitation : c'est le phénomène de phosphorescence.

En physique nucléaire, de même, la désexcitation d'un noyau conduit à l'émission d'un rayonnement gamma. Le plus souvent, cette émission se produit quasi immédiatement après formation du noyau excité (généralement dans les quelques picosecondes à nanosecondes qui suivent). Cependant, d'une façon un peu similaire au phénomène de phosphorescence, quelques noyaux ont la propriété d'émettre ce rayonnement gamma de façon retardée : c'est le phénomène d'isomérie gamma.

Le noyau de chlore 34 est un exemple d'isomère gamma. Il possède en effet un état excité isomérique (métastable) d'une durée de vie moyenne de plusieurs minutes. S'il est produit dans cet état excité, il mettra donc généralement un laps de temps « assez long » avant de quitter cet état métastable et de se désexciter en émettant son photon gamma.

Certains noyaux possèdent des états isomériques d'une durée de vie incroyablement longue. Par exemple le niobium 93 (noyau stable à l'état fondamental) possède un état isomérique d'une durée de vie moyenne d'environ 11 ans. Autre exemple, le tantale 180 : son état isomérique a une durée de vie moyenne supérieure à ans, ce qui vaut au tantale 180 d'être présent dans la nature à l'état isomérique, bien qu'en infime quantité (abondance isotopique de 0,012% par rapport à 99,98% de tantale 181).