地球大气层外尚未与大气发生相互作用的宇宙线称为初级宇宙线，通常初级宇宙线中的成分有：γ、质子和其它各种稳定的原子核。高能强子或光子进入大气层后，会与空气中的原子核发生相互作用而产生很多次级粒子，接着次级粒子又会与空气中的原子核发生相互作用而产生新的次级粒子，继续作用下去，最终次级粒子数目会非常巨大，这些次级粒子中通常包含有强子、电子、光子和μ 等成分，并广泛地散播在数平方公里的面积上，这种过程称为级联，由于这种级联是发生在大气中的，故这种现象也被称为广延大气簇射（Extensive Air Shower，简称为：EAS）。同时，簇射中还伴随着有契伦柯夫光和荧光的产生。根据原初粒子的种类可将级联过程分为电磁级联（左图所示）和强子级联（右图所示）两种。