Millikan też wprowadził nazwę promieniowanie kosmiczne. Pierwotnie do badania promieniowania kosmicznego stosowano komory jonizacyjne i liczniki Geigera-Müllera służące do rejestracji fotonów i cząstek naładowanych elektrycznie. W 1929 Dmitrij Skobielcyn, przy pomocy komory Wilsona umieszczonej w polu magnetycznym, odkrył powstawanie pęków wtórnego promieniowania kosmicznego.
Promieniowanie pierwotne Pierwotne promieniowanie kosmiczne pada na zewnętrzne warstwy atmosfery Ziemi z prędkością bliską prędkości światła w próżni. Zderzenia cząstek promieniowania pierwotnego z atomami atmosfery powodują powstawanie strumienia wysokoenergetycznych elektronów, protonów, mionów i fotonów – tak zwane wtórne promieniowanie kosmiczne.
W skład pierwotnego promieniowania kosmicznego wchodzą głównie protony, cząstki alfa, jądra innych lekkich pierwiastków oraz bardzo niewielka liczba jąder pierwiastków o średnich masach; obserwuje się także pierwotne elektrony, fotony i znikomą liczbę cząstek neutralnych. Energie cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego dochodzą do 1011 GeV.