تستخدم الأشعة الجاما في الكيمياء الحيوية بشكل رئيسي في تقنية الإشعاع الأيوني لتحويل المواد العضوية غير القابلة للذوبان في الماء (مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات) إلى إيونات أكثر قابلية للذوبان وبالتالي يتم تحليلها ودراستها بشكل أفضل.
تستخدم الأشعة الجاما أيضًا في تقنية الإشعاع البحثي، حيث تستخدم لوضع وسائل تشخيصية مثل الصوابع الوردية المشعة لكشف الأورام السرطانية، وتستخدم أيضًا في علاج السرطان عن طريق تدمير الخلايا السرطانية بالإشعاع.
وبشكل أكثر تحديدًا، تستخدم الأشعة الجاما في الكيمياء الحيوية في البحث عن دراسة تفاعلات الإنزيمات وتحديد الهيكل الجزيئي للبروتينات باستخدام تقنية البلورة الأشعة السينية. وعند استخدام الأشعة الجاما في هذه التقنية، يتم إطلاق الأشعة السينية من مصدر وأنشطة الأشعة الجاما، والتي تساعد في رؤية الهيكل الجزيئي للبروتينات باستخدام الأشعة السينية.