Didelės energijos (>10⁵ eV) elementariosios dalelės ir atomų branduoliai, skriejantys Visatos erdvėje greičiais, artimais šviesos greičiui. Tai pirminiai kosm. spinduliai, izotropiškai pasiskirstę Visatos erdvėje. ~99% jų srauto sudaro vandenilio ir helio branduoliai (protonai ir helionai), ~1 % elektronai ir pozitronai; sunkesnių chem. elementų atomų branduolių yra visai mažai. Pirminius kosm. spindulius skleidžia Saulė (dalelių energija ~10¹⁰ eV, Galaktikos objektai – supernovos, pulsarai, žybsinčios žvaigždės (10¹⁰–10¹⁶ eV), užgalaktiniai objektai – aktyviosios galaktikos, radijo galaktikos, kvazarai ( >10¹⁷ eV). Susidūrę su Žemės atmosferos dujų atomais ir molekulėmis, pirminiai kosm. spinduliai sukelia branduolines reakcijas. Dėl to susidaro (žemiau kaip 20 km aukštyje) antriniai kosm. spinduliai. Juos sudaro lengvieji atomų branduoliai ir įv. elementariosios dalelės (hiperonai, protonai, neutronai, pionai, miuonai, elektronai, pozitronai, neutrinai, jų antidalelės, gama fotonai). Elektringąsias kosm. spindulių daleles veikia Žemės magn. laukas. Jis iškreipia dalelių trajektorijas ir sukelia geomagnetinius reiškinius: platumos reiškinį (kosm. spindulių intensyvumas Žemės pusiaujo srityse mažesnis negu ašigalių srityse), ilgumos reiškinį (intensyvumas didžiausias virš Atlanto vandenyno, mažiausias Ramiojo vandenyno vakaruose), rytų – vakarų reiškinį (intensyvumas didžiausias virš Atlanto vandenyno, mažiausias Ramiojo vandenyno vakaruose), rytų – vakarų reiškinį (Žemės magn. laukas teigiamas kosm. spindulių daleles kreipia į r., neigiamas – į v.). Žemės magn. lauke pagautos kosm. spindulių dalelės sudaro radiacijos juostas.