当前宇宙线物理的核心问题是寻找宇宙线起源。由于宇宙线中大部分都是带电粒子，在传播过程中会受到星际磁场而偏转，到达探测器时早已失去了原初的方向信息，从而无法根据所探测到的宇宙线到达方向来反推出源的方向。而只有极高能粒子、不带电的光子和中微子受磁场偏转较小或者不受磁场的调制，能保留源的方向信息。
由于极高能粒子流强非常低，大约1 km2 的面积经过100 年才能收集到一个极高能事例，因此要得到足够的统计量就需非常大的探测面积以及很长的探测时间。
对于中微子，在一些强相互作用的次级粒子衰变中,可能伴随弱作用粒子衰变道，从而会产生中微子。如果能找到高能中微子源也就意味着找到了宇宙线源，然而由于中微子是弱相互作用粒子，与物质发生相互作用的截面很小，非常难于探测，要探测到中微子就需要庞大的探测介质。
而对于高能γ 光子，有可能产生于强子过程，也可能产生于轻子过程。如果能谱测量能被证明γ 产生于强子过程，就间接地找到了宇宙线源。相比利用极高能粒子和高能中微子的探测来寻找宇宙线源这两种手段而言，探测γ 射线容易许多。目前，国际上广泛采用的探测γ 射线的手段有两种：成像大气契伦柯夫望远镜（Imaging Air Cherenkov Telescope，简称：IACT）技术和利用地面粒子探测器阵列测量广延大气簇射中的次级带电粒子的探测技术。其中，IACT 探测技术至今发现了100 多颗甚高能伽马源，由于其典型劣势在于观测视场小（～3。-5。）和Duty Cycle 短，导致它只能对点源进行观测，并且只适于观测稳定源。而地面粒子探测器技术具备能宽视场（～ 1.5 sr）、全天侯（Duty Cycle 达90% 以上）观测的特点，从而可以同时观测视场中的所有可能源，实现全天候扫描，并能监测时变现象；其典型不足在于角分辨差（～ 0.2。），质子等原初核的排除能力弱，灵敏度低，从而难以发现新的伽马射线源。
目前所发现的100 多颗甚高能伽马射线源中，绝大多数都适用于Inverse-Compton（IC）模型来解释，即所观测到的伽马射线是电子起源，而非宇宙线起源。而只有很少的几个用强子模型能得到更好的解释，这些源暗示了强子源的存在，从而看到了揭开宇宙线起源这一神秘面纱的曙光。
因此，要想解开宇宙线起源之谜，就需要发现足够多的甚高能伽马源样本，对这些源作深度观测、大范围的能谱测量和尽可能宽广的多波段观测研究，分析其伽马射线的辐射机制，进而研究产生这些伽马射线的宇宙线粒子的加速机制和宇宙线的传播机制。