È noto che una particella carica accelerata emette una radiazione elettromagnetica con conseguente diminuzione della sua energia cinetica. È questo un fenomeno intrinseco nel quadro della teoria dell'elettromagnetismo.

La radiazione (o luce) di sincrotrone è il nome che viene dato alla radiazione elettromagnetica emessa da una particella carica che percorre con velocità relativistica una traiettoria curva. Ciò avviene in tutti gli acceleratori a orbita chiusa dove la radiazione viene emessa tangenzialmente all'orbita stessa. L'energia perduta deve essere continuamente compensata attraverso degli oscillatori a radiofrequenza. La radiazione di sincrotrone si comporta in effetti come una forza resistente analoga all'attrito.

La potenza irraggiata cresce con il quadrato dell'energia della particella ma decresce con la quarta potenza della sua massa a riposo. Questo significa che ci si deve aspettare un irraggiamento apprezzabile solo nel caso di elettroni o positroni di alta energia. A seconda dell'energia della particella il massimo dell'emissione si ha nell'infrarosso, nel visibile, nell'ultravioletto o nei raggi X.
È comunque da sottolineare che gli elettroni, come ogni altra particella dotata di massa a riposo diversa da zero, non possono viaggiare alla velocità della luce. Questa caratteristica è peculiare delle particelle prive di massa, come i fotoni. In ogni caso il moto degli elettroni può raggiungere velocità prossime a quella della luce.

Per accelerare gli elettroni li si costringe in un orbita circolare che viene flessa per mezzo di un campo magnetico. In questo modo all'interno di esso l'elettrone è soggetto a una accelerazione centripeta dovuta alla forza di Lorentz. Essendo il campo magnetico applicato perpendicolarmente alla velocità della particella, la forza di Lorentz non compie lavoro e quindi non può modificare l'energia della particella carica in movimento ma può cambiarne la traiettoria. In effetti la velocità risulta costante in modulo, ma con direzione e verso variabili istante per istante.

L'energia della radiazione di sincrotrone può raggiungere valori molto elevati: dai 2 GeV di un acceleratore tipico (ad esempio quelli di Grenoble e Trieste) fino ai 100 GeV di un grande acceleratore (come quello del CERN). Picchi di 400 GeV sono stati raggiunti accelerando protoni nel "Superprotosincrotrone" di Ginevra.
Questi valori di energia sono sicuramente di gran lunga superiori alle energie delle reazioni termonucleari che si realizzano all'interno delle stelle, che sono dell'ordine dei MeV per reazione nucleare. Tuttavia un confronto significativo deve tener conto dei valori di intensità di corrente, che è dell'ordine di pochi mA nel caso della luce di sincrotrone.