وهي الأشعة الناتجة بعد تفاعل الأشعة الكونية الأولية مع مكونات الغلاف الجوي المعروفة وتتألف من مكونات خفيفة مثل الالكترونات والفوتونات والميزونات ومكونات ثقيلة مثل النيوترونات والبروتونات ومختلف الأيونات. وبصورة عامة يقل تركيز الأشعة الكونية الأولية مع الاقتراب من سطح الأرض بينما يزداد تركيزها (تركيز الأشعة الكونية الثانوية) كلما اقتربنا من سطح الأرض. وفي النتيجة تكون المركبات السائدة من خليط هذه الأشعة وعلى ارتفاعات مختلفة وكما مبين في أدناه:

* على ارتفاع 20 كيلو متر فأقل تكون الأشعة الكونية ثانوية فقط.

* على ارتفاع 50 كيلو متر فأكثر تكون الأشعة الكونية أولية فقط.

بين هذين الارتفاعين تكون الأشعة الكونية خليطا من الأشعة الولية والثانوية.

إن الأشعة الكونية التي تفوق طاقتها eV 10²⁰ تضرب جو الأرض بمعدل جسيم واحد تقريبا لكل كيلو متر مربع في العام. ويترتب على هذا الأساس تتطلب دراستها مكشافا ضخما جدا للوابلات الهوائية وفضلا على حادث عام 1991 في يوتا، فقد رصدت جسيمات تتعدى طاقتها eV 10²⁰ من قبل مجموعات في أماكن أخرى في الولايات المتحدة وأكينوا في اليابان وها فيرا بارك في المملكة المتحدة وياكوتسك في سيبيريا.

وتثير الجسيمات التي لها مثل هذه الطاقة العالية مشكلة تدعو إلى الحيرة. فمن ناحية، فأنه يحتمل ورودها من خارج مجرتنا وذلك بسبب عدم وجود آلية تسريع معروفة يمكنها أن تولدها، ولأنها تقترب من جميع الاتجاهات دون أن يكون لها مجال مغناطيسي كافيا لثنيها عن مسارها. ومن ناحية أخرى، فأن مصدرها لا يمكن أن يبتعد عنا أكثر من قرابة 30 مليون سنة ضوئية، لأنه إذا لم يتحقق ذلك فقدت الجسيمات طاقة بتفاعلها مع الخلفية الإشعاعية (الأشعة الخلفية للمايكرويف (microwave background الكونية. وهي الإشعاع الذي تخلف عن نشوء الكون نتيجة الانفجار العظيم. ففي الكون النسبوي (relativistic universe) الذي تقطنه الأشعة الكونية العالية الطاقة فان فوتون واحد ذو تردد راديوي (radio frequency) يمكن أن يكون له من قوة التأثير بحيث يسلب جسيما الكثير من طاقته.