Oni su energične i nabijene čestice iz svemira, a ne zrake. Izlazni izvori nisu dobro poznati. Austrijski fizičar Victor Hess, koji je balon preletio na 5300 m (1912.), otkrio je da je više elektrona uklonjeno iz atoma zraka na većim nadmorskim visinama. Američki fizičar Robert Millikan pogrešno je smatrao da su ovu “ionizaciju” uzrokovali fotoni visoke energije. Upotrijebio je izraz “svemirska zraka”. Oko 90% KI čestica su protoni (jezgre atoma vodika); 9% su alfa čestice (jezgre helija); 1% su teže jezgre.
Kad se kozmičke zrake sudare s molekulama zraka, one stvaraju pljusak sekundarnih čestica i slabi sjaj poznat kao Cerenkovljevo zračenje. Zemaljski detektori čestica rašireni na velikom području uključuju zračne tuševe; ultra osjetljivi detektori svjetlosti otkrivaju Cerenkovljevo zračenje. Najsnažnija dostupna zvjezdarnica za kozmičku svjetlost je zvjezdarnica Pierre Auger u Argentini: 1600 detektora prostire se na površini od 3000 četvornih kilometara.
Nažalost, magnetsko polje Mliječne staze odbija nabijene čestice, pa smjer dolaska na Zemlju nije povezan s izvorom podrijetla. “Kozmičke zrake ultra-visoke energije” protoni su koji putuju gotovo brzinom svjetlosti, noseći toliko energije koliko teniska lopta udari brzinom. Ti UYEKI mogu biti 50 milijuna puta energičniji od čestica najviše energije ikad proizvedenih u umjetnim akceleratorima čestica.
UYEKI su vrlo rijetki. Nisu se lako skrenuti. Mogu se stvoriti u relativno obližnjim aktivnim galaksijama s crnom rupom u središtu.