Bei dieser Methode werden hochenergetische Photonen, die von einer Radioisotopenquelle, in der Regel Kobalt-60, ausgesandt werden, zur Sterilisierung von Produkten eingesetzt. Die Gammastrahlen durchdringen die Materialien, erzeugen freie Radikale und verursachen irreparable Schäden an der mikrobiellen DNA, die zum Zelltod führen. Es handelt sich um ein "kaltes" Verfahren, das für wärmeempfindliche Produkte geeignet ist und bei Produkten angewendet werden kann, die sich bereits in ihrer versiegelten Endverpackung befinden.
Die Sterilisation mit Gammastrahlung ist eine Form der Behandlung mit ionisierenden Strahlen. Bei diesem Verfahren werden Gammastrahlen verwendet, eine Art elektromagnetischer Strahlung mit sehr kurzer Wellenlänge und hoher Energie, ähnlich wie Röntgenstrahlen, aber in der Regel energiereicher. Die häufigste Quelle für die industrielle Sterilisation ist das Radioisotop Kobalt-60 (⁶⁰Co). Dieses Isotop wird in Kernreaktoren erzeugt und zerfällt unter Aussendung hochenergetischer Gammaphotonen. Die zu sterilisierenden Produkte werden auf ein Fördersystem gelegt und durch eine stark abgeschirmte Betonkammer (einen Bestrahlungsapparat) geführt, wo sie dem Gammastrahlenfeld für eine bestimmte Dauer ausgesetzt werden. Das Hauptprinzip der sterilisierenden Wirkung ist die Übertragung von Energie auf die Moleküle innerhalb der Mikroorganismen. Wenn Gammaphotonen Materie durchdringen, bewirken sie eine Ionisierung, indem sie den Atomen Elektronen entziehen und so hochreaktive Spezies wie freie Radikale (z. B. Hydroxylradikale aus Wasser) bilden. Diese freien Radikale greifen wahllos kritische Zellbestandteile an und schädigen sie, wobei das wichtigste Ziel die mikrobielle DNA ist. Die Strahlung kann Einzel- und Doppelstrangbrüche im DNA-Rückgrat verursachen, wodurch der Mikroorganismus nicht mehr in der Lage ist, sich zu replizieren oder lebenswichtige Zellfunktionen auszuführen, was zu seinem Tod führt. Ein großer Vorteil der Gammastrahlung ist ihre hohe Durchdringungskraft, die es ihr ermöglicht, Produkte zu sterilisieren, die bereits in ihrer Endverpackung versiegelt sind, und so eine erneute Kontamination zu verhindern. Dies wird als terminale Sterilisation bezeichnet. Das Verfahren ist "kalt", d. h. es wird nur sehr wenig Wärme erzeugt, was es für wärmeempfindliche Materialien wie Kunststoffe, Arzneimittel und biologisches Gewebe geeignet macht. Die abgegebene Strahlendosis wird in KiloGray (kGy) gemessen, und eine typische Dosis für die Sterilisation von medizinischen Geräten beträgt 25 kGy, was ausreicht, um eine [latex]10^{-6}[/latex] SAL zu erreichen.
Die wissenschaftliche Grundlage für diese Technologie wurde durch die Entdeckung der Radioaktivität durch Henri Becquerel im Jahr 1896 und die anschließenden Arbeiten über die biologischen Auswirkungen der Strahlung gelegt. Die Möglichkeit, ionisierende Strahlung zur Abtötung von Mikroorganismen einzusetzen, wurde bereits Anfang des 20. Doch erst nach dem Zweiten Weltkrieg, mit der Entwicklung von Kernreaktoren, die in der Lage waren, große Mengen von Radioisotopen wie Kobalt-60 zu produzieren, wurde die Gammasterilisation im industriellen Maßstab wirtschaftlich und praktisch durchführbar. Das erste kommerzielle Gammabestrahlungsgerät für medizinische Produkte wurde in den späten 1950er Jahren gebaut. Diese Technologie revolutionierte die medizinische Versorgungsindustrie, indem sie die zuverlässige, groß angelegte Sterilisation von vorverpackten Einwegprodukten wie Spritzen, Nahtmaterial und Kathetern ermöglichte, die heute im Gesundheitswesen allgegenwärtig sind.
