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发生光电效应时，从内壳层上打出电子，因此，此壳层上就留下了空位，原子处于激发态。这种状态是不稳定的，它通过两种方式来退激，一种是外层电子向内层跃迁，以填补这个空位，使原子恢复到较低的能量状态；另一种是原子的激发能也可以交给外壳层的电子，使它从原子中发射出来，这电子称为俄歇电子。因此，在发射光电子的同时，还伴随着原子发射的特征X射线或俄歇电子。
(2)康普顿散射
康普顿散射是发生在入射光子与物质原子核外的轨道电子之间的非弹性碰撞。入射γ光子被电子散射后，不仅改变其运动方向而且损失能量，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，同时，散射光子的能量和运动方向发生变化。散射情况因入射γ光子能量不同而不同。图2-3为康普顿散射示意图。
图2-3为康普顿散射示意图
康普顿散射与光电效应不同。光电效应中光子本身消失，能量完全转移给电子；康普顿效应中光子只损失掉一部分能量。光电效应发生在束缚得最紧的内层电子上；康普顿效应总是发生在束缚得最松的外层电子上。外层电子的结合能同入射γ光子的能量hν相比，可以忽略，同时外层电子轨道运动速度也远远小于光速，因此，康普顿散射可以认为是γ光子与静止状态的自由电子之间的弹性碰撞。
(3)电子对产生效应
当γ光子能量大于1.02MeV时，γ光子经过阻止介质的原子核时，在原子核的库伦场作用下，与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和一个正电子(简称正电子对)，这一过程称为电子对产生效应。
根据能量守恒定律，电子对产生效应必须有第三者即原子核参加，才能满足能量守恒和动量守恒定律。电子对产生效应的能量分配可用式2-1表示：
hν=E_e+E_(e^- )+2m_e c^2 (2-1)
显然，对于一定能量的入射光子，电子对产生效应的正电子和负电子的动能之和为常量。但是，电子和正电子的能量分配是任意的，它的动能在0～(hv-2mec2)之间都是可能的。由于动量守恒关系，电子和正电子的发射几乎都是沿着光子的入射方向前倾的。入射光子能量越大，正负电子的发射方向越是前倾。
在不同情况下γ射线与物质相互作用的三种表现不同。光电效应在低能高原子序数区占优势，康普顿散射在中能低原子序数区占优势，电子对产生效应在高能高原子序数区占优势。但是无论光电效应、康普顿效应还是产生电子对，入射光子都把能量转化或传递给电子，产生具有一定能量的次级电子。当然在上述过程中也产生一些能量较低的光子。这些较低能量的光子会继续与物质相互作用，产生更多的次级电子。数目众多的次级电子导致的电离和激发远远超过γ射线直接产生的作用。由于光电效应和电子对产生效应所产生的次级电子的能量与γ射线能量有单一对应的关系，所以测定次级电子的能量可得到γ射线的能量[9]。