发生在4.4亿年前，这次灭绝是历史上第二次大规模的生物灭绝，彻底摧毁了2/3的物种，布莱恩·托马斯和他堪萨斯大学的同事们认为奥陶纪生物灭绝是伽马射线暴导致的。科学家把这次灭绝归罪于在奥陶纪晚期突然而至的冰河时代。
托马斯赞同这一观点，觉得这次灭绝是冰期导致的。但他认为，冰期的开始可由伽马射线暴解释，或许还造成了其他导致生物灭绝的因素，比如臭氧损耗。托马斯和同事在一篇网络文章中发表了这个假设，后又提出了更多细节。
已知的最大规模的爆炸是伽马射线暴，被认为来自超新星，天文学家每天都能观察到一次。托马斯和他的同事估计，一次伽马射线暴，如果其距离地球1万光年，就会危及地球上的生命。他认为，这样的伽马射线暴每10亿年会发生一次。
据托马斯的计算，伽马射线暴的强烈辐射能损耗地球40%的臭氧层。他说，大约需要10年臭氧层才能从如此大的爆炸中恢复过来。
起保护作用的臭氧层损失了这么大一部分，就会任由有害的紫外线辐射到达地球。因为紫外线辐射大量通过水后会减弱，生活在最靠近海洋表面的生物会受到最多的紫外线辐射，所以相对于深海生物它们的灭绝率更高。的确，地质证据证实，在奥陶纪生物灭绝过程中，靠近海水柱顶部的物种遭受的打击最为严重。
除了损耗臭氧层，伽马射线暴也许会导致全球降温，就像在奥陶纪灭绝时期开始的那次。伽马射线分解了空气中的氮和氧分子，将它们转化为二氧化氮。二氧化氮是构成烟雾的褐色气体，可以遮挡阳光，使地球变暗变冷，因此有可能引发了冰期。
托马斯称，一些化石证据表明，一些物种，包括生活在海洋表面的浮游生物，在冰期开始后死亡，说明除了寒冷还有其他因素导致了那次大规模灭绝。
托马斯和同事考虑过奥陶纪大灭绝的其他可能的原因，例如杀死恐龙的小行星撞击，但是没有证据证明在奥陶纪晚期有这样的事件发生过。
托马斯认为，伽马射线暴能够很好地解释这次灭绝的类型和冰期的突然而至。虽然没有“有力的證据”证明那时有伽马射线暴。