우주공간으로부터 광속에 가까운 속도로 날아오는 전자, 양자, 알파입자등을 말한다. 지구 상층 대기의 원자와 충돌하여 2차 우주선이 되므로, 1차 우주선을 측정하기 위해서는 기구, 로켓, 인공위성 등을 사용하여 대기 밖에서 행한다. 1차 우주선의 기원에는 초신성의 폭발이나 퀘이사 등이 거론되고 있다.