Cuestiones fundamentales en astrofísica de partículas podrían resolverse a través del estudio de rayos cósmicos. AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) es un detector de partículas de alta energía diseñado para llevar a cabo una misión única de larga duración de investigación en física fundamental desde el espacio. El experimento se propone medir con gran precisión las propiedades de los rayos cósmicos, hasta un rango de energía del TeV, en la Estación Espacial Internacional. Entre los objetivos de AMS destacan la búsqueda de materia oscura y antimateria, el estudio de la propagación de los rayos cósmicos y la exploración de nuevos fenómenos científicos que no pueden llevarse a cabo en experimentos en tierra.  

La observación del cielo mediante telescopios de rayos gamma de muy alta energía busca la comprensión del origen de los rayos cósmicos y el papel que juegan en el universo, la comprensión de la naturaleza, la variedad de los mecanismos de aceleración de partículas alrededor de agujeros negros y la búsqueda de la naturaleza última de la materia y de la física más allá del modelo estándar de física de partículas. El CIEMAT es miembro de la colaboración que ha construido y opera los dos telescopios MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) en la isla de La Palma que han sido pioneros en la detección de rayos gamma entre 10 y 100 GeV y participa en el proyecto CTA (Cherenkov Telescope Array), una iniciativa para construir un instrumento de última generación para la detección de rayos gamma. CTA se constituirá como un observatorio abierto a una amplia comunidad de astrofísicos y aportará una visión profunda del universo no-térmico de alta energía.