Проникающая способность частиц зависит от характера их взаимодействия с веществом: с электронами, с электрическим полем ядер и непосредственно с ядрами . Для частиц КЛ, регистрируемых в условиях лаборатории, основное различие в проникающей способности обусловлено взаимодействием с электрическим полем ядер. Заряженная частица движется вблизи ядер с ускорением под влиянием кулоновской силы. Ускоренное движение заряда всегда сопровождается излучением электромагнитных волн, называемым тормозным излучением, причем интенсивность этого излучения обратно пропорциональна квадрату массы частицы. Электроны, которые при одинаковой величине заряда в 207 раз легче мюонов и в 1840 раз легче протонов, теряют энергию на тормозное излучение намного быстрее, чем мюоны или протоны, и поэтому быстрее останавливаются в веществе.

Взаимодействие частиц с электронами атомов ведет к возбуждению атомов ( переходу электронов на более высокие энергетические уровни) или к ионизации атомов. Энергия, теряемая частицей на ионизацию и возбуждение, зависит прежде всего от заряда частицы и примерно одинакова для всех быстрых однозарядных частиц. Некоторые частицы при попадании в ядро могут вызывать ядерные реакции, однако ни мюоны, ни электроны в ядерных реакциях не участвуют. К тому же такие события относительно редки:протон или нейтрон, например, взаимодействует в среднем на толщине слоя около 103 кг*м-2 (примерно 1 м в воде).