Une poignée de sources de rayonnement gamma (GeV-TeV) ont été associées à des systèmes binaires dans notre galaxies. Ces systèmes sont formés d'une étoile compagnon massive et d'un objet compact de nature inconnue, sauf dans le cas de PSR B1259-63 où un pulsar jeune a été détecté. Les similitudes observées entre PSR B1259-63 et les autres binaires gamma, suggèrent que dans la plupart de ces sources l'émission de haute énergie est alimentée par l'énergie de rotation d'un pulsar jeune.  L'émission au TeV serait liée à l'interaction du vent du pulsar avec celui de l'étoile massive. La rencontre violente des deux vents conduit à la formation de chocs ou des leptons sont accélérés au TeV. Ces particules se refroidissent ensuite par Compton inverse sur le rayonnement de l'étoile. La position du choc terminal, ainsique les conditions physiques qui y règnent,  varient au cours de la révolution du pulsar autour de l'étoile. Ceci conduit naturellement a une modulation des courbes de lumières sur la période orbitale. Les modulations observées sont également fortement affectées par les effets d'anisotropie de l'émission Compton, la focalisation Doppler due au mouvement d'ensemble des particules ainsi que par les effets d'absorption photon-photon. L'étude et la modélisation de l'évolution de la distribution spectrale de l'énergie en fonction de la phase orbitale permet alors de sonder les propriétés du vent du pulsar sur des échelles de distances un million de fois plus petites que celle accessible par l'observation des pulsars isolés.
L'émission détectée au GeV par Fermi dans la plupart de ces sources semble être une composante différente. Il pourrait s'agir de l'émission synchrotron des électrons produisant l'émission au TeV.
Ceci implique un mécanisme d'accélération extrêmement rapide et efficace.  Mais ce n'est pas la seule possibilité: l'émission au GeV pourrait aussi provenir de la magnétosphère du trou noir, ou de la composante non-choquée du vent du pulsar.
Par ailleurs il existe au moins un système binaire détecté en gamma qui ne contient pas de pulsar. Il s'agit  Cyg X-3, qui est clairement un microquasar alimenté par l'accrétion du gaz de son l'étoile compagnon. Dans ce cas l'émission  gamma est transitoire, visiblement associée a des sursauts dans le domaine radio.  L'origine du rayonnement gamma est très probablement associée au jet radio. Une possibilité serait que l'interaction entre le jet et le vent de l'étoile conduise à la formation d'un  choc de recollimation dans lequel les particules sont accélérées et rayonnent ensuite par inverse Compton et synchrotron. De manière similaire aux binaires à pulsar, la modulation orbitale de l'émission gamma peut permettre de sonder les propriété des jet relativistes des distances de l'objet compact (~ UA)  beaucoup à faibles que celles traditionnellement étudiées dans le domaine radio.