高エネルギーの宇宙線が地球大気に入射すると、大気の原子核と相互作用を起こし、パイオンなどの高エネルギーの2次粒子が発生する。2次粒子もさらに原子核と相互作用を起こすというように、連鎖的なカスケード反応により多数の2次粒子が発生する現象（電磁シャワーおよびハドロンシャワーを含む）が空気シャワーである。入射粒子のエネルギーが分割されて平均エネルギーが下がり、2次粒子のエネルギーが相互作用で新たに粒子を作れなくなると空気シャワーは減衰していく。地上に到達するのは約10¹⁵ eV 以上の宇宙線が起こす空気シャワーに限られる。空気シャワーアレイも参照。