Le domaine des rayons gamma est une région spectrale extrêmement riche en phénomènes non-thermiques : radioactivité, annihilation matière-antimatière, Bremsstrahlung, émission Compton inverse, interactions de particules accélérées et décroissance de pions neutres ...
Si les processus d’émission sont d'une grande diversité, les concepts imaginés pour la détection des rayons gamma le sont tout autant.
Les divers concepts peuvent être divisés en trois familles principales : La première famille est basée sur les principes de l'optique géométrique (systèmes à modulation d'ouverture: collimateurs, masques codés), la deuxième classe d'instruments utilise les principes de l'optique quantique (télescopes Compton, détecteurs de traces). A présent, nous sommes entrain de développer une classe de télescopes basée sur l'optique ondulatoire (télescopes à lentille de Laue ou à lentille de Fresnel), bien qu'il était généralement admis que la réflexion ou la réfraction des rayons gamma était impossible du fait de leur longueur d’onde extrêmement courte.