Odkryte przez niemieckiego fizyka Wilhelma Conrada Roentgena w 1895 roku promieniowanie, które nazwał promieniami X, nazywane jest obecnie promieniowaniem rentgenowskim. 

Już sam Roentgen wskazał na możliwość zastosowania tego promieniowania w medycynie ze względu na jego przenikliwość. Fotografia obok ma znaczenie historyczne przedstawia bowiem widok ręki żony Roentgena otrzymany na kliszy fotograficznej z pomocą odkrytego przez Roentgena promieniowania. Roentgen skonstruował pierwszą lampę wytwarzającą promienie X i zbadał własności tego promieniowania. Za swe odkrycie otrzymał w 1901 roku nagrodę Nobla.

Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym wskutek hamowania elektronu w polu jąder atomów materiału anody w lampie rentgenowskiej.

Schemat lampy rentgenowskiej pokazany jest na rysunku 6.6.1. Lampę stanowi bańka szklana z której wypompowane jest powietrze, tj. panuje wysoka próżnia. Wewnątrz znajdują się dwie elektrody: katoda K i anoda A. Elektrody połączone są ze źródłem wysokiego napięcia, rzędu kilkudziesięciu tysięcy wolt lub nawet większych. Dodatni biegun połączony jest z anodą, ujemny z katodą. Katodę stanowi zwykle włókno wolframowe, które w czasie pracy lampy rozżarzone jest wskutek przepływu prądu z dodatkowego źródła żarzenia. Emitowane wskutek ruchów termicznych z rozżarzonej katody elektrony przyspieszane są w polu elektrycznym panującym w przestrzeni pomiędzy anodą i katodą. W materiale anody elektrony są wyhamowywane w polu elektrycznym jąder atomów materiału stanowiącego anodę.

Rys. 6.6.1. Schemat lampy rentgenowskiej

Materiałem ten jest zwykle wolfram, ze względu na wysoką temperaturę topnienia, bowiem na anodzie wydzielają się wielkie ilości ciepła. 

Dwa mechanizmy odpowiedzialne są za emisję promieniowania elektromagnetycznego w lampie rentgenowskiej. 

Pierwszym jest emisja promieniowania hamowania. Mechanizm ten omówiony jest w rozdziale poświęconym oddziaływaniu elektronów z materią. Promieniowanie hamowania posiada ciągły rozkład energii fotonów którego górna granica określona jest przez energię wyhamowywanych elektronów. Im wyższa energia elektronów tym wyższa górna granica energii wyemitowanych fotonów. Pamiętając, że energia cząstek naładowanych w polu elektrycznym równa jest iloczynowi ładunku i różnicy potencjałów pomiędzy początkowym i końcowym punktem ruchu cząstki widzimy, że maksymalna energia fotonów emitowanych przez lampę rentgenowską jest zależna od napięcia przyłożonego pomiędzy katodę i anodę lampy. 

Drugi mechanizm to emisja tzw. promieniowania charakterystycznego o widmie dyskretnym. Mechanizm emisji tego promieniowania związany jest z procesami wzbudzenia i jonizacji atomów ośrodka (anody) przez uderzające w anodę elektrony. Ilustruje to rysunek 6.6.2.

Rys. 6.6.2. Mechanizm emisji promieniowania charakterystycznego.

Energia fotonu wyemitowanego przy przejściu elektronu pomiędzy powłokami m i n wynosi.

 gdzie E_m i E_n oznaczają energie elektronów na powłokach m i n, jest częstotliwością emitowanej fali elektromagnetycznej, h jest stałą Plancka zaś jest energią wyemitowanego fotonu. Pamiętając, że związek pomiędzy częstotliwością i długością fali elektromagnetycznej jest  

gdzie c jest prędkością światła w próżni, możemy zapisać wyrażenie na długość fali odpowiadającej emisji fotonu o energii 

Rysunek 6.6.3 przedstawia przykładowy kształt widma promieniowania rentgenowskiego

Złożony kształt widma jest rezultatem nałożenia się dwóch efektów: emisji promieniowania hamowania (widmo ciągłe) oraz emisji promieniowania charakterystycznego (linie odpowiadające emisji fotonów o energiach dyskretnych).  Zauważmy charakterystyczne cechy obu typów widm. Widmo promieniowania hamowania ma ściśle określoną wartość najmniejszej długości fali , czyli największej energii emitowanych fotonów. Dyskretne wartości energii fotonów odpowiadają przejściom na różne powłoki atomowe oznaczone na rysunku symbolami: K, L, M.

Rys. 6.6.3. Przykładowy kształt widma fotonów emitowanych z lampy rentgenowskiej

Intensywność strumienia emitowanych fotonów zależna jest od kilku czynników i może być wyrażona wzorem

gdzie: A jest współczynnikiem proporcjonalności zależnym od konstrukcji lampy,   Z jest liczbą masową materiału anody, I_a jest natężeniem prądu anodowego a U_a jest napięciem na lampie rentgenowskiej. 

	Widzimy, że intensywność emitowanego strumienia fotonów jest proporcjonalna do liczby atomowej materiału anody oraz kwadratu przyłożonego napięcia.. Zależności te ilustrują rysunki obok
Rys. 6.6.4a. Widmo ciągłego promieniowania rentgenowskiego dla różnych wartości napięcia na lampie.		Rys. 6.6.4a Widmo ciągłego promieniowania rentgenowskiego dla różnych wartości liczby atomowej materiału anody

Zauważamy, że wraz ze wzrostem napięcia na lampie wzrasta intensywność oraz przesuwa się ku mniejszym wartościom graniczna długość fali w ciągłym widmie promieniowania rentgenowskiego. Wraz ze wzrostem liczby atomowej materiału tarczy wzrasta intensywność promieniowania, ale nie zmienia się wartość częstotliwości granicznej. 

Własności oddziaływania promieniowania rentgenowskiego z materią są takie same jak omawiane już własności oddziaływania z materią promieniowania gamma, bowiem oba rodzaje promieniowania są promieniowaniem elektromagnetycznym. Różnica jest jedynie w długościach fali z czym związane jest prawdopodobieństwo zachodzenia różnych procesów. Dla promieniowania rentgenowskiego dominującym procesem jest efekt fotoelektryczny.