Los rayos cósmicos son partículas muy rápidas que constantemente bombardean a la tierra en todas las direcciones.  Alrededor de 1 millón pasan a través de nuestros cuerpos todas las noches.  La mayoría de ellas son núcleos de átomos que pueden ser desde protones hasta núcleos de uranio.  Las partículas de más baja energía son curvadas por los campos magnéticos de nuestra Galaxia y del Universo. Sus direcciones son tan mezcladas que no podemos saber de donde vienen. Ellos han sido estudiados por varios años pero muy poco se sabe sobre sus orígenes.

Por encima de aproximadamente 10¹⁴ eV el flujo de rayos cósmicos es tan bajo que es prácticamente imposible detectarlos en forma directa usando instrumentos llevados en balones o naves espaciales. Por lo tanto debemos utilizar las lluvias atmosféricas extensas (EAS) que las partículas crean cuando ellas atraviesan la atmósfera de la Tierra.  Por encima de 10¹⁴ eV, el número máximo de partículas (~10⁵ partículas) es alcanzado a aproximadamente a 6 km sobre el nivel del mar. Por lo tanto, a esta altura sobreviven algunas partículas que fueron originadas por el rayo cósmico primario de manera tal que el mismo es detectable. El descubrimiento de las lluvias atmosféricas extensas es usualmente adjudicado al físico francés Pierre Auger quien, en 1938, observó una tasa de contaje inesperadamente alta de coincidencia entre contadores separados por unos pocos metros. Investigaciones subsecuentes, llevadas a cabo por su equipo mostraron que aún cuando los contadores estaban separados 300 m, la tasa de contaje de coincidencias era mucho más alta de lo esperado para eventos casuales. Suponiendo que los primarios eran protones, y usando las ideas recién desarrolladas de la electrodinámica cuántica, Auger demostró que esas partículas que llegaban del Universo tenían energías tan altas como 10¹⁵ eV, aproximadamente 6 órdenes de magnitud mayor que la energía alcanzada por los aceleradores hechos por el Hombre en aquella época.

Los rayos cósmicos continúan siendo el ejemplo más extremo del desvío de la materia del equilibrio térmico.

El Observatorio Pierre Auger ha sido diseñado para estudiar los rayos cósmicos ultra alta energéticos – algunos tan energéticos como el de una pelota moviéndose a 100 km/h.  Se espera que ellos viajen en línea recta y de esta manera revelen la fuente en donde son generados. Ellos son estudiados mediante la técnica de medición de las lluvias atmosféricas extensas inicializada por Pierre Auger. El Observatorio debe ser muy grande ya que la tasa de contaje de los eventos de energía ultra elevada (~ 10²⁰ eV) es menor que 1 por km² por siglo!

El origen de estas partículas raras es un misterio, por lo tanto el estudio de ellas abre puertas a cuestiones de la física y astrofísica exóticas.