高エネルギーのガンマ線が地球大気に入射すると、大気中の原子核と衝突して空気シャワーが作られる。シャワー中の荷電粒子はチェレンコフ光を放射し、数分の一度に広がった光のフラッシュとなって地上に降り注ぐ。この光を集光して光電子増倍管などの高速の光センサーでとらえれば、もとのガンマ線の到来方向を知ることができる。これを大気チェレンコフ望遠鏡と呼ぶ。ただし、荷電宇宙線粒子の起こす空気シャワー（ハドロンシャワー）もチェレンコフ光を放射するため、チェレンコフ光の像の特徴の違いを利用して、ガンマ線の起こす電磁シャワーと識別する必要がある。このようなタイプは解像型大気チェレンコフ望遠鏡と呼ばれる。およそ数10 GeV以上の天体ガンマ線の観測に用いられている。