A Terra é constantemente bombardeada por partículas que chegam do Universo a altas velocidades em todas as direções. Estas partículas foram descobertas há mais de um século pelo físico Viktor Hess quem lhes deu o nome de raios cósmicos. A maioria destas partículas são núcleos atômicos, indo desde prótons até núcleos de ferro. Os raios cósmicos viajam a velocidades próximas à da luz, o que implica em que eles têm muita energia, sendo alguns deles as partículas mais energéticas observadas na Natureza. Estes raios cósmicos de ultra-alta energia têm milhares de vezes mais energia que as partículas produzidas nos aceleradores mais poderosos na Terra.
Ainda não se conhece a origem nem os mecanismos de aceleração destes raios cósmicos de altas energias. Más há evidências observacionais que apoiam a idéia de que eles são de origem extragaláctica e que seguem a distribuição local de matéria no Universo. Identificar as suas fontes não é tarefa fácil já que, na sua propagação, as partículas carregadas são defletidas devido à interação com os campos magnéticos galácticos. Esta deflexão depende da composição química do raio cósmico primario, aumentando com a massa da partícula.
Quando estas partículas altamente energéticas chegam à Terra elas interagem com os moléculas da atmosfera produzindo uma colisão violenta. Os seus fragmentos voam para fora e colidem com mais moléculas do ar, em uma cascata que continua até que a energia da partícula original seja espalhada por milhões de partículas que caem sobre a Terra. Ao estudar estes chuveiros atmosféricos extensos, os cientistas podem medir as propriedades dos raios cósmicos primários. Para isto, utilizam diferentes técnicas experimentais, como detectores espalhados na superfície ou telescópios de fluorescencia que observam o desenvolvimento destes chuveiros. Um exemplo é o Observatório Pierre Auger, localizado na cidade de Malargüe na Argentina, com 3000 km2 de área, que estuda estes os raios cósmicos de maiores energias há cerca de 15 anos.