说到X射线的产生，我们先说一下原子的结构我们知道，原子是由原子核和核外电子组成的，电子围绕着原子核做高速的圆周运动（如图）。由于原子核只有一个，而电子较多，所以较多的核外电子按照能量大小依次排布在原子核周围（即电子尽先排布在能量最低的电子层内(K→N即为能量低→高）)，绕着原子核运动，为了研究方便，科学家将原子核外电子层依次命名为K层、L层、M层、N层等。
当物质受到外来能量的激发，原子核内束缚着的电子就会变得不稳定，从而从内层逃逸出来（从K层逃出来就称为K系激发），这样就产生了自由的电子，自由电子在外加能量场的作用下高速运动，如果突然遇到障碍物，电子就会突然减速或停止，其大部分能量以热能形式散失，小部分动能会变成X光能，以光量子（hn）的形式表现出来。此即X射线或称为X光、伦琴射线。另外当高速的电子能量大到一定程度时，它能够将原子内层电子驱逐，从而在K层产生一个空位，而L、M、N…层的电子会跃迁至此空位（从L、M、N层到K层即为从能量高处往低处运移），将其多余的能量也会以X射线的形式放出来，也即X光。
基于X射线产生的原理，科学家们发现了X射线的更深的本领，如，穿透本领（穿透物质）、电离本领（诱发电子脱离轨道）、产生荧光本领（使物质发出荧光）、干涉衍射反射及折射本领等。X射线也广泛应用于工业生产、生物医疗、科学研究等各个方面
