Cơ chế chính xác trong đó các chớp tia gamma biến đổi năng lượng thành bức xạ vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ, và cho đến 2010 vẫn chưa có một mô hình được chấp nhận phổ biến giải thích cho quá trình này xảy ra như thế nào.[97] Bất kỳ một mô hình thành công nào về cơ chế phát xạ GRB phải giải thích được quá trình vật lý sản sinh ra bức xạ gamma mà cho kết quả khớp với dữ liệu quan sát đa dạng của đồ thị đường cong cường độ ánh sáng, phổ và các đặc điểm khác.[98] Thử thách đặc biệt đó là mô hình cần phải giải thích được hiệu quả biến đổi rất cao như đã quan sát thấy ở một số vụ nổ: một số chớp tia gamma có thể biến đổi lên tới một nửa (hoặc hơn) năng lượng vụ nổ thành bức xạ gamma.[99] Các quan sát ở giai đoạn sớm sau vụ nổ về ánh sáng muộn của sự kiện GRB 990123 và GRB 080319B, mà đồ thị đường cong cường độ ánh sáng quang học được ngoại suy từ phổ của bức xạ gamma,[70][100] đã gợi ra rằng hiệu ứng tán xạ Compton ngược có thể là quá trình chủ yếu ở một số sự kiến như thế. Theo cách giải thích này, các photon năng lượng thấp tồn tại trước đó bị tán xạ bởi các electron tương đối tính mang năng lượng cao ở bên trong vụ nổ, đẩy năng lượng của photon lên cao gấp nhiều lần và biến chúng thành các tia gamma năng lượng cao.[101]

Bản chất của bức xạ ánh sáng muộn trong bước sóng dài hơn (từ tia X đến sóng vô tuyến) theo sau chớp gamma được hiểu một cách tốt hơn. Bất kỳ năng lượng nào giải phóng bởi vụ nổ mà không phát ra dưới dạng chớp gamma sẽ có dạng năng lượng vật chất hoặc bức xạ chuyển động ra bên ngoài với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. Khi vật chất này va chạm với môi trường khí liên sao, nó tạo ra hiện tượng sóng xung kích có vận tốc tương đối tính lan truyền ra bên ngoài vào không gian liên sao. Một sóng xung kích thứ hai, sóng xung kích ngược, có thể lan truyền ngược lại vào vật chất được bắn ra. Các electron mang năng lượng cực lớn bên trong sóng xung kích được gia tốc bởi từ trường địa phương mạnh và phát ra bức xạ synchrotron có bước sóng trên toàn bộ phổ điện tử.[102][103] Mô hình này đã được áp dụng thành công để giải thích đặc điểm của nhiều ánh sáng muộn đã được quan sát ở những thời điểm sau của các chớp gamma (từ vài giờ đến vài ngày), mặc dù có những khó khăn trong giải thích mọi đặc điểm của ánh sáng muộn ngay gần thời điểm sau khi chớp tia gamma xảy ra.[104]