La radiación cósmica primaria consiste en una mezcla de protones de alta energía (~ 87%), partículas alfa (~ 11%), electrones de alta energía (~ 1%) y un rastro de núcleos más pesados (~ 1%). La energía de estas partículas oscila entre 10 8 eV y 10 20 eV. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria , como positrones o antiprotones . La naturaleza precisa de esta fracción restante es un área de investigación activa.
Posteriormente, se produce una gran cantidad de partículas secundarias , en particular, neutrones y piones cargados como resultado de las interacciones entre las partículas primarias y la atmósfera de la Tierra. Los rayos cósmicos interactúan con los núcleos en la atmósfera y producen también neutrones de alta energía . Según UNSCEAR, la fluidez de los neutrones es de 0.0123 cm -2 s –1 al nivel del mar para una latitud geomagnética de 45 N. En base a esto, la dosis anual efectiva de neutrones al nivel del mar y a 50 grados de latitud se estima en 0.08 mSv(8 mrem). Cabe destacar que, en la vecindad de objetos más pesados más grandes, por ejemplo, edificios o barcos, el flujo de neutrones mide más alto. Este efecto se conoce como «firma de neutrones inducida por rayos cósmicos», o » efecto de barco » tal como se detectó por primera vez con barcos en el mar. Los rayos cósmicos crean lluvias en la atmósfera que incluyen un amplio espectro de neutrones, muones y protones secundarios. Los neutrones secundarios pueden ser de muy alta energía y pueden inducir eventos de espalación en materiales a nivel del suelo. Por lo tanto, en la vecindad de objetos más grandes y pesados, estos neutrones múltiples producidos en eventos de espalación se denominan neutrones de «efecto de barco» .
