Photonen können als elektromagnetische Energiepakete aufgefasst werden und können daher auch mit dem elektrischen Feld geladener Teilchen, wie Atomkerne oder Elektronen, wechselwirken.

Übersteigt die Photonenenergie das Energie-Massen-Äquivalent für zwei Elektronen (2 mal 511 keV), so können sich in starken Coulombfeldern aus der Photonenenergie spontan Elektron-Positron-Paare bilden.

Die Photonenenergie wird dabei teilweise für die Ruhemassen des Teilchen-Antiteilchenpaares (Elektron und Positron) verwendet, teilweise wird sie in kinetische Energie der beiden Teilchen verwandelt.

Das Photon wird bei der Paarbildung vollständig absorbiert.

Die während der Paarbildung nicht zur Teilchenerzeugung benötigte Photonenrestenergie wird als kinetische Energie beliebig auf die beiden Teilchen verteilt.

Bei der Paarbildung im Kernfeld erhält das positiv geladene Positron wegen der Abstoßung durch das positive elektrische Feld des Atomkernes im Mittel allerdings eine geringfügig höhere Bewegungsenergie als das negative Elektron, das durch die Kernanziehung gebremst wird.

Der Atomkern selbst bleibt bei der Paarbildung unverändert. Er dient nur zur Erfüllung des Impuls- und Energieerhaltungssatzes während der Materie-Antimaterie-Erzeugung.

Das Teilchenpaar wird vorwiegend in der ursprünglichen Strahlrichtung emittiert. Die insgesamt zur Verfügung stehende Bewegungsenergie ist die Differenz der Photonenenergie und der Ruhemasse der beiden Teilchen.

Der Paarbildungsprozess im Kernfeld kann erst oberhalb der Schwelle von 1022 keV stattfinden.