Az első fizikai Nobel-díjat 1900-ban Wilhelm Röntgen ( 1845-1921 ) kapta a róla elnevezett sugárzás felfedezéséért. A felfedezés 1895-ben, véletlenül történt, amikor Röntgen nagyfeszültségű kisülési csövekkel kísérletezett. Nem tudta megfejteni, milyen sugárzást fedezett fel (X-sugárzásnak, vagyis ismeretlennek nevezte el, ami az angol nyelvben a mai napig megmaradt - X rays), de számos tulajdonságát, legfőképpen rendkívüli áthatoló képességét a felfedezés után néhány héten belül megállapította.

A felfedezést követő hatodik héten már megtörténtek az első orvosdiagnosztikai alkalmazások is, a fizikai felfedezések közül ennél gyorsabb gyakorlati alkalmazásra valószínűleg soha nem került még sor. Azóta nemcsak az orvostudományokban, hanem rendkívül sok más területen is széles körben alkalmazzák a röntgensugarakat. Sajnálatos, hogy az alkalmazások első néhány évtizedében még nem ismerték fel a röntgensugaraknak az emberi szervezetre gyakorolt káros hatását, hosszú ideje azonban már minimálisra csökkentették az egészségkárosítás kockázatát.

A röntgensugarak keletkezését és tulajdonságait csak a Planck-Einstein-féle fotonképpel és a Bohr által bevezetett atomi energiaszintekkel lehetett megmagyarázni, ezzel újabb példát mutathatunk be az elektromágneses sugárzás kvantumos természetére. A röntgensugarak keletkezését a fényelektromos hatás megfordításának is tekinthetjük.
 

• A fényelektromos jelenség úgy jön létre, hogy egy fém felületét fénnyel megvilágítjuk, ennek hatására elektronok szabadulnak ki a fém felületéből.
• A röntgensugarakat viszont úgy keltik, hogy fémfelületeket elektronokkal bombáznak, ennek következtében a fémből röntgensugarak lépnek ki.

Az ábrán egy régi típusú és egy mai röntgencsövet láthatunk, mindkettő belsejében vákuum van. A mai eszközökben az elektronok izzókatódból lépnek ki, majd az általában néhányszor tízezer voltos pozitív feszültségre kötött anódba csapódnak.
Megjegyzés: A korszerű röntgencsövekben az elektronok becsapódása olyan heves, hogy az üreges szerkezetű anódot erős vízsugárral hűteni kell, máskülönben nagyon rövid idő alatt szétolvadna. A sok ezer voltra kötött anódban hűtővíz kering, az anód belső felszíne nagymértékben vákuumozott térbe nyúlik, a röntgencső különleges anyagból készült ablakain intenzív röntgensugár lép ki. Ezeket a különleges körülményeket a mai röntgencsövek megbízhatóan teljesítik.

Az anódba csapódó elektronok különböző hullámhosszúságú röntgensugarakat keltenek.

• éles csúcsokat, melyek a röntgencső anódjának anyagára jellemzőek (az ábra molibdénanódú röntgencső színképét mutatja),
• láthatunk folytonos röntgenszínképet is, amely független az anód anyagától.

• A folytonos röntgensugárzást fékezési sugárzásnak is hívjuk, mert ez az anódba csapódó elektronok lefékeződése miatt keletkezik. A lefékeződő elektronok nagy negatív gyorsulással állnak meg, és a gyorsuló töltések elektromágneses hullámokat sugároznak ki: ezek a folytonos tartomány röntgenfotonjai. Az ábrából az is látszik, hogy a folytonos színképnek van egy minimális hullámhosszúságú pontja, ennél kisebb hullámhosszú röntgensugarak nem keletkeznek. A keletkező röntgensugarak legkisebb hullámhossza a gyorító feszültségtől függ.

Az anyagtól független fékezési sugárzáson kívül magyarázatot kell adnunk a spektrumban megjelenő, a röntgencső anyagára jellemző éles intenzitáscsúcsokra is. Ezek nem magyarázhatók a gyorsuló töltés elektromágneses sugárzásával, vagyis a klasszikus fizika törvényeivel. A Bohr-modellben megjelenő energiaszintekkel viszont kielégítő magyarázatot adhatunk a röntgenszínkép éles vonalaira, az úgynevezett karakterisztikus sugárzásra.

• Az anód anyagába becsapódó elektronok mozgási energiájukat nemcsak röntgenfotonok keltésére, hanem az anód anyagát alkotó atomok elektronjainak kilökésére is felhasználhatják. A becsapódó elektronok olyan nagy energiával rendelkeznek, hogy képesek a legerősebben kötött, az atommaghoz legközelebbi, legbelsőbb pályákon lévő elektronokat is kilökni. Ezek az úgynevezett 1s pályán lévő elektronok, melyeket régebbi szóhasználat szerint a K héjon lévő elektronoknak hívunk. Ha az anódba csapódó elektron kilök egy K elektront, tehát a K héjon egy betöltetlen, mélyen fekvő energiaszint marad, akkor kevesebb mint egy nanoszekundumon  belül egy magasabb energiaszinten lévő elektron ugrik erre a szintre (az energiaminimumra törekvés elve szerint). Legvalószínűbb, hogy eggyel vagy kettővel magasabban lévő héjról, tehát az L vagy az M héjról ugrik elektron a K héj betöltetlen állapotába. Ezzel az elektron alacsonyabb energiájú állapotba kerül, ami a két energiaszint közötti energiakülönbségnek megfelelő foton kisugárzásával jár. A mélyen kötött állapotokban ez az energiakülönbség olyan nagy, hogy nagy energiájú röntgenfoton keletkezik a folyamatban.

A karakterisztikus röntgesugárzást tehát a Bohr-féle atommodell energiaszintjeinek felhasználásával lehet megérteni. A röntgenszínképben lévő intenzitáscsúcsok hullámhosszúságának mérése lehetővé tette a mélyen fekvő atomi energiaszintek feltérképezését.
 

Az első röntgenfelvétel