探測伽馬射線隻能采用間接的方法，讓它與其他物質發生作用，作用時產生的光電閃爍將能證明人們得到了一個伽馬射線粒子。此外，探測設備還需要具有極其敏感的反應能力，在出現閃光時，能夠迅速找到射線源。
伽馬射線雖然具有很強的穿透性，但是卻無法穿透地球的大氣層，所以我們隻能對其進行高空探測，最合適的地點就是在大氣層外。1991年，美國宇航局發射了康普頓伽馬射線望遠鏡，它工作了10年。2008年6月，德國、法國、意大利、日本、瑞典聯合發射了費米伽馬射線空間望遠鏡。
費米伽馬射線空間望遠鏡的觀測對象是宇宙中的高能、超高能乃至極高能事件，比如中子星、黑洞、超新星爆發等等，那裏常常發生著伽瑪射線爆發。費米伽馬射線空間望遠鏡帶有監視係統，可以對全天空的目標進行監視，它的視野極為寬廣，每3個小時可以掃描整個天空一周，一旦發現值得注意的目標，它就能緊緊盯住。
一般情況下，伽馬射線很少出現，難覓蹤影，但是費米伽馬射線空間望遠鏡卻經常能發現它們的痕跡。僅在第一個月，它就探測到31次伽馬射線爆發，2008年9月，它更是成功地觀測到在船底座發生的伽瑪射線爆發。這次爆炸能量相當於9000顆超新星爆炸，其相對論性噴流的運動速度至少達到光速的99.99%。這是當時人們所知道的宇宙間最猛烈的爆發流。
費米伽馬射線空間望遠鏡是當今最先進的伽馬射線探測裝置，它目前已經發現了很多奇異的射線源，它將有助於我們理解宇宙深處的伽馬射線是怎麼產生的。
無線電——平方千米鏡陣
在電磁波家族中，無線電是很重要的一個成員，很多天體都會發射出無線電，而接收無線電就是一種探測它們的良好途徑。光學望遠鏡家族外，最重要的主力軍是射電望遠鏡，這個家族的發展十分迅速。它的種類很多，有拋物麵天線、球麵天線、半波偶極子天線、螺旋天線等。最常用的是拋物麵天線，它看上去很像太陽灶，這就相當於它的接收鏡麵，由於具有彙聚作用，所以完全可以把它稱為望遠鏡。
各種望遠鏡都在努力擴大鏡麵的麵積，因為麵積越大，接收到的粒子也就越多，功能也就越好。在下一代建造計劃中，最大的光學望遠鏡的直徑也超不過100米，跟射電望遠鏡相比，它們差得太遠了。美國有直徑305米的阿雷西博射電望遠鏡，中國也正在建造直徑500米的射電望遠鏡，這麼大的射電望遠鏡，都是利用自然的山穀建造的。此外，人們還有一種提高射電望遠鏡性能的方法——建造龐大的陣列，並把它們組合起來。所以，又出現了射電幹涉儀、甚長基線幹涉儀、合孔徑望遠鏡等新型的射電望遠鏡技術。
射電望遠鏡組成陣列的技術越來越成熟，2016年，一個新的射電望遠鏡陣列就要開始建造了，這個由20多個國家聯合設計並建造的望遠鏡被稱為平方千米鏡陣。它使用的射電望遠鏡非常巨大，單個拋物麵的直徑就有15米，而整個陣列則有3000個這樣的拋物麵。這個陣列的觀測能力與一個口徑為1平方千米的射電望遠鏡相當，這也正是它名字的由來。
這些射電望遠鏡組成的陣列分布在直徑約3000千米的區域內，跨越南非、澳大利亞、新西蘭3個國家。之所以將陣列建造在南半球，是因為那裏的工業還不是那麼發達，無線電信號的幹擾較弱，能保證這些望遠鏡達到更好的觀測效果。
3000台拋物麵的成功構建還需要一係列其他技術的輔助，信號同步精度必須達到十億分之一秒，所需光纜連接在一起可繞地球兩周。完成連接工作之後，電腦還要對碟形天線進行比較。每架望遠鏡一秒鍾可產生大約20GB數據，足以在短短幾分鍾內裝滿存儲量最大的電腦硬盤。為了分析這些數據，工作人員還需要一台每秒能運行一百萬萬億次的超級計算機，目前這樣的計算機還未問世。
平方千米鏡陣是一個宏大的科學項目，該計劃始於1993年，預計於2024年前後完工，2030年年底投入使用。天文學家們對它寄予厚望，期待它能探測到第一代星係形成時發射的電磁波，那是宇宙剛誕生不久時的訊息。科學家還希望它能幫助人們揭示磁場在恒星和星係演化過程中的作用，探測暗能量產生的種種效應，它還能接收到外星文明的無線電信號，幫助我們尋找外星生命。它的使用，將會大大改變我們對宇宙的認識。