پرتوهای کیهانی واقعا پرتو به مفهوم امواج و همانند تابش های الکترو مغناطیسی نیستند، بلکه ذرات اتمی هستند که در فضا با سرعتی کاملا نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.
اتم را به سادگی می‌توان متشکل از یک هسته شامل پروتون‌ها (ذرات با بار مثبت) و بسیاری موارد نوترون‌ها (ذرات بدون بار) دانست که الکترون‌ها (ذرات بسیار سبک با بار منفی) به دور آن می‌گردند.

پرتوهای کیهانی از هسته‌های اتم‌ها، معمولاً هسته‌های تک پروتونی (هسته‌های اتم هیدروژن) اما غالباً هسته‌های هلیم، آهن یا سایر مواد تشکیل شده است.

پرتوهای کیهانی به طور عادی به سطح زمین نمی‌رسند، اما با ذرات موجود در جو برخورد می‌کنند و باعث می‌شوند تا بارشی از ذرات دیگر به وجود آید.

پرتوهای کیهانی به سطح ماه می‌روند و اثر آن‌ها در نمونه سنگ‌هایی که توسط آپولو جمع آوری شده است، دیده می‌شود.

این که این پرتوها از کجا می‌آیند و چگونه به این سرعت حرکت می‌کنند هنوز به صورت یک راز باقی مانده است.