宇宙线是来自宇宙空间的高能带电粒子流的总称，包括以质子为主的各类元素的原子核，以及大约只有原子核总数的1％左右的少量高能电子。能够到达地球附近的初级宇宙线能量跨度很大，不同的能量反映了不同的起源。太阳宇宙线的能量最低，大约以10 GeV作为起点，从100 GeV 到1017 eV 的宇宙线主要起源于银河系内，而能量高于1017 eV的宇宙线，主要来自于银河系外的广垠宇宙。
自1911年亥斯（Hess）发现宇宙线以来，各国的科学家对宇宙线的研究已接近100年。
初级宇宙线粒子进入地球大气，与空气中的物质发生多次相互作用，会产生广延空气簇射，一个原初质子会产生上百万个电子和其他次级粒子，用高山和地面的探测器探测和研究这些次级粒子，形成了研究相互作用规律的宇宙线高能物理研究、以及研究初级宇宙线能量和方向分布从而推断其起源的宇宙线天体物理研究。
近代的宇宙线物理的研究范围扩大到来自宇宙空间的中微子和高能伽马射线，与粒子天体物理、高能天文观测形成了难以分割的交叉学科分支。
我所的宇宙线研究始于1951 年，是建国初期最早建立起来的物理学研究课题之一，至今已有50多年的历史，大体上经历了三个阶段，基本上可以代表我国宇宙线物理研究的发展进程：
（1）以大云室为代表的宇宙线超高能相互作用研究，以1972年云南站测到的一个可能的重质量粒子为代表，获得了1978 年全国科学大会重大成果奖，1987年全国自然科学奖二等奖。
（2）以利用我国西藏的独特地理优势建设的甘巴拉山高山乳胶室和羊八井广延空气簇射阵列（中日合作）等地面类实验装置为代表的宇宙线物理研究，发表了一系列有科学价值的文章，获多个院部级奖，取得的重要成果曾发表在美国《科学》杂志2006年314卷上。
（3）引进了国外卫星观测数据，开拓了高能天体物理研究的新方向，发展了高空气球观测手段和空间高能天文探测仪器，填补了空间高能天文观测的空白，以神舟号飞船宇宙伽马暴的成功观测为代表，取得的成果获得了国家科技进步二等奖等多个奖项。
前排左二为萧健先生
于1951年成立的宇宙线组，后演变为宇宙线室，已故的著名科学家、核工业部部长王淦昌院士，高能所所长张文裕院士，从海外归国的萧健院士，曾先后担任过组或室的领导。吕敏院士、于敏院士等许多核物理学家早年都参加过宇宙线研究，并始终支持这一事业。多年来，宇宙线室的研究工作始终受到例如何泽慧院士、何祚庥院士等许多物理学家的关心和支持。1997年被中国科学院正式接纳为“宇宙线和高能天体物理” 院级重点实验室，2002年更名为“粒子天体物理” 院级重点实验室。
实验室为院、所等多个部门培养输送了干部，出现了李惕碚院士、顾逸东院士等新一代的学科带头人。几十年来，一代代的宇宙线研究人员为我国的宇宙线研究的发展付出了努力，使我国的宇宙线研究有了长足的进步。
经历了改革开放，科技创新的大好形势的洗礼，近年来高能所的宇宙线研究正步入一个新阶段，以空间X射线调制望远镜为代表的空间高能天文专用卫星即将立项，必将为我国空间高能天文观测和黑洞物理带来丰硕成果。中意合作的羊八井-ARGO实验的建成和中日合作羊八井空气簇射阵列的继续和扩建，亦将为我国的宇宙线物理研究写下新的篇章。
高能所宇宙线研究早期代表性成果：
1、 1954年在海拔3200米云南落雪山建成宇宙线实验室。首先用一台50cm x 50cm x 25cm多板云室和一台安放在7000高斯磁场中的30cm x 30cm x 8cm云室，进行电子簇射，奇异粒子和100GeV以上能区核作用研究。下图左为云海之上的高山实验室，中为多板室得到的电磁簇射，右为磁云室得到的奇异粒子（K介子）。
2、 1957年我国参加在莫斯科杜布纳成立联合核子研究所，主要用10GeV质子加速器（当时能量世界第一）。王淦昌出任副所长，王先生带领我国和苏联等国学者研制一台24升丙烷气泡室，研究在泡室中的核作用，发现了反希格马负超子。
1960年物理学报发表他们的事例分析，右图示在O点产生核作用产生很多次级粒子，其中OA为反希格马负超子，它在A点衰变为和反中子，又湮灭，B点呈现的湮灭星。反希格马负超子的发现是联合所仅有的有国际影响的物理工作。1982年获得我国国家自然科学奖一等奖（粒子物理学仅有的一项）。此外，还开展了将加速器粒子照射的乳胶叠和气泡室照片在国内分析的研究工作。
3、 1956年我国决定参加1957年国际地球物理年的科学观测。在萧健先生领导下研制μ子望远镜和中子堆1957年7月 1日前安装在北京白家疃和云南落雪山两个站上，进行宇宙线强度的长期观测。
1958年国家准备发射卫星，萧健先生领导一个小组研制卫星上的宇宙线探测器。
4、 1958年建造大云室组，1965年调试基本完成，1971年开始研究工作。得到一个质量大于12GeV可能的重粒子事例。
右图为事例照片，其中左边为全景，通过测量各条径迹在磁场中的偏转测它的动量；
右边之照中心区域，可通过数个2条径迹的水珠数测它的电离。
对事例中三条径迹的测量分析表明，左边一条为6.6GeV的，其余两条径迹动量都高过最大可测动（48GeV），而右边一条电离低，仅约为左径迹的三分之二，从而可判断它的速度，结合其动量值就能计算出它的质量大于12GeV，它还有千分之2的几率是质子，是一个可能的重粒子事例。
用大云室还作了测量宇宙线中的反质子流强，在水平方向寻找重粒子等研究工作。还用大磁场构成磁谱仪测量高山μ子动量谱。
