क्ष-किरण
क्ष-विकिरण (एक्स-रे से निर्मित) विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है। एक्स-रे का तरंग दैर्घ्य 0.01 से 10 नैनोमीटर तक होता है, जिसकी आवृत्ति 30 पेटाहर्ट्ज़ से 30 एग्ज़ाहर्ट्ज़ (3 × 10 हर्ट्ज़ से 3 × 10 हर्ट्ज़ (Hz)) और ऊर्जा 120 इलेक्ट्रो वोल्ट से 120 किलो इलेक्ट्रो वोल्ट तक होती है। एक्स-रे का तरंग दैर्ध्य, पराबैंगनी किरणों से छोटा और गामा किरणों से लम्बा होता है। कई भाषाओं में, एक्स-विकिरण को विल्हेम कॉनराड रॉन्टगन के नाम पर रॉन्टगन विकिरण कहा जाता है, जिन्हें आम तौर पर इसके आविष्कारक होने का श्रेय दिया जाता है और जिन्होंने एक अज्ञात प्रकार के विकिरण को सूचित करने के लिए इसे एक्स-रे नाम दिया था।
भेदन क्षमता के आधार पर लगभग 0.12 से 12 किलो इलेक्ट्रो वोल्ट (keV) (10 से 0.10 नैनोमीटर (nm) तरंगदैर्ध्य) वाली एक्स-रे को "मृदु" एक्स-रे के रूप में और लगभग 12 से 120 किलो इलेक्ट्रो वोल्ट (0.01 से 0.10 नैनोमीटर) तरंगदैर्घ्य वाले एक्स-रे को "दृढ़" एक्स-रे के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
दृढ़ एक्स-रे ठोस वस्तुओं को भेद सकती हैं और इनका सबसे ज्यादा इस्तेमाल नैदानिक रेडियोग्राफी और क्रिस्टलोग्राफी में वस्तुओं की अंदरूनी तस्वीरें लेने के लिए किया जाता है। परिणामस्वरूप, लक्षणालंकार की दृष्टि से "एक्स-रे" शब्द का इस्तेमाल स्वयं इस विधि के अलावा इस विधि के इस्तेमाल से उत्पन्न एक रेडियोग्राफिक तस्वीर को संदर्भित करने के लिये भी किया जाता है। इसके विपरीत, कहा जाता है कि मृदु एक्स-रेे बड़ी मुश्किल से किसी पदार्थ को पूरी तरह से भेद सकती हैं; उदाहरण के लिए, जल में 600 इलेक्ट्रो वोल्ट (~ 2 नैनोमीटर) तरंगदैर्घ्य वाली एक्स-रे का क्षीणनदैर्घ्य 1 माइक्रोमीटर से भी कम होता है। एक्स-रे एक प्रकार का आयनशील विकिरण हैं और इनका अनावरण स्वास्थ्य के लिए हानिकारक हो सकता है।
हाल के दशकों में एक्स-रे और गामा किरणों के बीच के विभेद में बदलाव आया है। मूलतः, एक्स-रे नलियों से उत्सर्जित होने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण का तरंगदैर्घ्य रेडियोधर्मी नाभिक (गामा किरणों) से उत्सर्जित विकिरण के तरंगदैर्घ्य से लंबा था। पुरातन साहित्य तरंगदैर्घ्य के आधार पर एक्स और गामा विकिरण के बीच अंतर स्थापित करता था जहां विकिरण, गामा किरणों के रूप में परिभाषित, 10 मीटर जैसे किसी एकपक्षीय तरंगदैर्घ्य से छोटा था। हालांकि, अपेक्षाकृत छोटे तरंगदैर्घ्य वाले सतत स्पेक्ट्रम "एक्स-रे" स्रोतों, जैसे - रैखिक त्वरकों और अपेक्षाकृत लंबे तरंगदैर्घ्य वाले "गामा किरण" उत्सर्जकों की खोज होने के कारण तरंगदैर्घ्य के समूह बड़े पैमाने पर परस्पर आच्छादित हो गए। आजकल सामान्यतः विकिरण के दो प्रकारों को उनके मूल के आधार पर अलग किया जाता है: एक्स-रे नाभिक के बाहर स्थित इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्सर्जित होती हैं जबकि गामा किरणें नाभिक द्वारा उत्सर्जित होती हैं।
एक्स-रे की आयनशील क्षमता की माप को अनावरण कहा जाता है:
हालांकि पदार्थ (विशेष रूप से सजीव ऊतक) पर आयनशील विकिरण का प्रभाव उत्पन्न आवेश की अपेक्षा उनमें जमा ऊर्जा की मात्रा से बहुत करीब से संबंधित होता है। इस अवशोषित ऊर्जा की माप को अवशोषित मात्रा कहा जाता है:
समतुल्य मात्रा, मानव ऊतक पर विकिरण के जैविक प्रभाव की माप है। जहां तक एक्स-रे का सवाल है, यह अवशोषित मात्रा के बराबर होता है।
मेडिकल एक्स-रे, "मानव निर्मित" विकिरण अनावरण का एक महत्वपूर्ण स्रोत है, जिनका परिमाण 1987 में संयुक्त राज्य अमेरिका में 58% था, लेकिन चूंकि अधिकांश विकिरण अनावरण, प्राकृतिक (82%) होते हैं, इसलिए मेडिकल एक्स-रे का परिमाण, "कुल" अमेरिकी विकिरण अनावरण का केवल 10 प्रतिशत होता है।
दंत एक्स-रे की वजह से सूचित मात्रा काफी भिन्न दिखाई देती है। स्रोत के आधार पर, एक मानव की एक विशिष्ट दंत एक्स-रे की वजह से शायद 3, 40, 300, या अधिक से अधिक 900 एमरेम्स (mrems) (30 से 9,000 μSv) के एक अनावरण का परिणाम प्राप्त होता है।
एक्स-रे, एक्स-रे नली से उत्पन्न होती हैं, जो एक उच्च वेग के लिये एक गर्म कैथोड द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति बढ़ाने के लिये एक उच्च वोल्टेज का प्रयोग करने वाली एक वैक्यूम ट्यूब है। उच्च वेग वाले इलेक्ट्रॉन, एनोड नामक एक धात्विक लक्ष्य से टकराते हैं, जिससे एक्स-रे का निर्माण होता है। चिकित्सीय एक्स-रे नलियों में लक्ष्य आम तौर पर टंगस्टन या रेनियम (5%) और टंगस्टन (95%) का एक अति प्रतिरोधी मिश्र धातु होता है, लेकिन कभी-कभी अधिक विशेष अनुप्रयोगों के लिए मॉलिब्डेनम होता है, जैसे - मैमोग्राफी में जब मृदु एक्स-रे की जरूरत पड़ती है। क्रिस्टलोग्राफी में, एक तांबे का लक्ष्य सबसे आम है, जिसके साथ अक्सर कोबाल्ट का प्रयोग किया जाता है जब नमूने में लौह पदार्थ की प्रतिदीप्ति से अन्यथा एक समस्या उत्पन्न हो सकती है।
उत्पन्न एक्स-रे के फोटॉन की अधिकतम ऊर्जा घटित  इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा द्वारा सीमित होती है, जो नली के वोल्टेज के बराबर होता है, इसलिए 80 केवी वाली एक नली 80 किलो इलेक्ट्रो वोल्ट अधिक ऊर्जा वाली एक्स-रे का निर्माण नहीं कर सकती है। जब इलेक्ट्रॉन, लक्ष्य पर प्रहार करते हैं, तब दो अलग-अलग परमाण्विक प्रक्रियाओं द्वारा एक्स-रे का निर्माण होता है: इसलिए एक नली के परिणामी उत्पाद में नली के वोल्टेज पर शून्य तक गिरने वाला एक सतत ब्रेम्सस्ट्रॉलंग वर्णक्रम और साथ में अभिलाक्षणिक रेखाओं पर कई स्पाइक होते हैं। नैदानिक एक्स-रे नलियों में प्रयुक्त वोल्टेज और इस तरह एक्स-रे की उच्चतम ऊर्जा लगभग 20 से 150 केवी तक होती है।
चिकित्सीय नैदानिक अनुप्रयोगों में, कम ऊर्जा वाली (मृदु) एक्स-रे अवांछित होती हैं क्योंकि शरीर उन्हें पूरी तरह अवशोषित कर लेता है, जिससे मात्रा बढ़ाने की आवश्यकता पड़ती है। इसलिए, एक पतली धात्विक शीट, अक्सर एल्यूमीनियम की शीट या चादर, जिसे एक्स-रे फिल्टर कहा जाता है, को आम तौर पर एक्स-रे नली की खिड़की पर रखा जाता है, जो वर्णक्रम में कम ऊर्जा वाले घटकों को फिल्टर करती है। इसे बीम का "सख्तीकरण" कहते हैं।
एक्स-रे के उत्पादन की ये दोनों प्रक्रियाएं बहुत अक्षम हैं, इनकी उत्पादन क्षमता केवल एक प्रतिशत के आसपास है और इसलिए, एक्स-रे की एक प्रयोग करने योग्य प्रवाह का उत्पादन करने के लिए, इनपुट के रूप में प्रविष्ट की जाने वाली विद्युत् शक्ति के एक उच्च प्रतिशत को अपशिष्ट ऊष्मा के रूप में मुक्त किया जाता है। एक्स-रे नली का डिजाइन ऐसा होना चाहिए कि यह इस अतिरिक्त ऊष्मा को फैला सके।
विकृति विज्ञान के एक व्यापक वर्णक्रम की पहचान करने के लिए एक्स-रे के इस्तेमाल से प्राप्त रेडियोग्राफ का इस्तेमाल किया जा सकता है। चूंकि चिकित्सीय अनुप्रयोगों में जिन शारीरिक संरचनाओं का चित्रण किया जा रहा होता है, वे एक्स-रे के तरंगदैर्घ्य की तुलना में बड़ी होती हैं, अतः एक्स-रे को तरंगों के बजाय कणों के रूप में विश्लेषित किया जा सकता है। (यह एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के विपरीत है, जहां उनकी तरंग जैसी प्रकृति अधिक महत्वपूर्ण होती है क्योंकि तरंगदैर्ध्य, चित्रित की जा रही संरचनाओं के आकारों के तुलनीय होता है।)
मानव या पशु अस्थियों के एक्स-रे का एक चित्र बनाने के लिए, लघु एक्स-रे स्पंदन, शरीर या अंग को प्रकाशित करते हैं और इसके पीछे रेडियोग्राफिक फिल्म रखी होती है। उपस्थित कोई भी अस्थियां प्रकाश विद्युत् प्रक्रियाओं द्वारा एक्स-रे के अधिकांश फोटॉन को अवशोषित कर लेती हैं। इसकी वजह यह है कि अस्थियों में मृदु ऊतकों की तुलना में उच्च इलेक्ट्रॉन घनत्व होता है। [ध्यान दें कि अस्थियों में कैल्शियम (20 इलेक्ट्रॉन प्रति परमाणु), पोटैशियम (19 इलेक्ट्रॉन प्रति परमाणु), मैग्नेशियम (12 इलेक्ट्रॉन प्रति परमाणु) और फॉस्फरस (15 इलेक्ट्रॉन प्रति परमाणु) की मात्रा का प्रतिशत उच्च होता है। मांस से होकर गुजरने वाली एक्स-रे फोटोग्राफिक फिल्म में एक गुप्त तस्वीर छोड़ जाती हैं। जब फिल्म को डेवलप किया जाता है, उस समय उच्च एक्स-रे अनावरण के समतुल्य तस्वीर के भाग गहरे रंग के होते हैं, जो फिल्म पर अस्थियों की सफ़ेद छाया छोड़ जाते हैं।
धमनियों और शिराओं (एंजियोग्राफी) सहित, हृदयवाहिनी तंत्र की एक छवि उत्पन्न करने के लिए, एक इच्छित संरचनात्मक क्षेत्र की एक आरंभिक छवि ली जाती है। इस क्षेत्र के भीतर की रक्त वाहिनियों में आयोडीनीकृत विपरीत रंग प्रविष्ट करने के बाद इसी क्षेत्र की तब एक दूसरी छवि ली जाती है। इन दोनों चित्रों को तब डिजिटल रूप में घटाया जाता है, जिससे केवल रक्त वाहिनियों की रूपरेखा वाला आयोडीनीकृत रंग शेष रह जाता है। इसके बाद रेडियोलॉजिस्ट या शल्य-चिकित्सक प्राप्त की गई इस छवि की तुलना सामान्य संरचनात्मक चित्रों से करता है, ताकि यह ज्ञात किया जा सके कि क्या रक्तवाहिनी को कोई क्षति पहुंची है या इसमें कोई अवरोध है।
एक्स-रे का एक विशेषीकृत स्रोत, जो अनुसंधान में व्यापक रूप से प्रयुक्त स्रोत बनता जा रहा है, सिंक्रोटॉन विकिरण है, जिसे कण त्वरकों द्वारा उत्पन्न किया जाता है। इसकी अद्वितीय विशेषताएं - एक्स-रे नलियों के परिमाण से कहीं अधिक एक्स-रे उत्पादों का परिमाण, व्यापक एक्स-रे स्पेक्ट्रा, उत्कृष्ट समान्तरण और रैखिक ध्रुवीकरण हैं। ब्व्फ्गेत
विभिन्न तरीकों के आधार पर एक्स-रे का पता लगाया जाता है। सबसे अधिक आम तौर पर जाने जाने वाले तरीके - फोटोग्राफिक प्लेट, कैसेट में फोटोग्राफिक फिल्म और दुर्लभ पृथ्वी स्क्रीन हैं। छवि में समाविष्ट होने वाले तत्वों की परवाह किए बिना इन सभी को "इमेज रिसेप्टर" (आईआर) (IR) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
डिजिटल कंप्यूटर के आगमन और डिजिटल इमेजिंग के आविष्कार से पहले अधिकांश रेडियोग्राफिक चित्र उत्पन्न करने के लिए फोटोग्राफिक प्लेटों का इस्तेमाल किया जाता था। इन चित्रों को बिलकुल कांच के प्लेटों पर उत्पन्न किया जाता था। फोटोग्राफिक फिल्मों ने बड़े पैमाने पर इन प्लेटों की जगह ले ली और चिकित्सीय चित्रों को उत्पन्न करने के लिए एक्स-रे प्रयोगशालाओं में इसका इस्तेमाल किया जाता था। और अधिक हाल के वर्षों में, चिकित्सीय और दन्त चिकित्सीय अनुप्रयोगों में फोटोग्राफिक फिल्म की जगह कम्प्यूटरीकृत और डिजिटल रेडियोग्राफी का इस्तेमाल हो रहा है, हालांकि औद्योगिक रेडियोग्राफी प्रक्रियाओं में अभी भी फिल्म प्रौद्योगिकी का काफी इस्तेमाल होता है (जैसे - वेल्डेड सीम्स का निरीक्षण करने के लिए). फोटोग्राफिक प्लेट ज्यादातर इतिहास की बातें हैं और उनकी जगह लेने वाली "इंटेंसिफाइंग स्क्रीन" भी इतिहास में फ़ीकी पड़ती जा रही है। धातु चांदी (पहले रेडियोग्राफिक और फोटोग्राफिक उद्योगों के लिए आवश्यक था) एक गैर नवीकरणीय संसाधन है। इस प्रकार यह लाभदायक है कि इसे अब डिजिटल (डीआर/DR) और कंप्यूटरीकृत (सीआर/CR) प्रौद्योगिकी द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। जहां फोटोग्राफिक फिल्मों के लिए गीली प्रसंस्करण सुविधाओं की जरूरत पड़ती थी, वहीं इन नई प्रौद्योगिकियों के लिए यह सब जरूरी नहीं है। इन नई तकनीकों के इस्तेमाल से चित्रों के डिजिटल संग्रहीकरण से भी भंडारण स्थान की बचत होती है।
चूंकि फोटोग्राफिक प्लेट, एक्स-रे के प्रति संवेदनशील होते हैं, अतः वे चित्र को रिकॉर्ड करने का एक साधन प्रदान करते हैं, लेकिन उन्हें बहुत ज्यादा एक्स-रे अनावरण (रोगी के लिए) की भी जरूरत पड़ती है, इसलिए इंटेंसिफाइंग स्क्रीन को तैयार किया गया। वे रोगी को बहुत कम मात्रा प्रदान करते हैं, क्योंकि स्क्रीन, एक्स-रे प्राप्त करती है और इसकी तीव्रता बढ़ाती है, ताकि इसे इंटेंसिफाइंग स्क्रीन के आगे रखे गए फिल्म पर रिकॉर्ड किया जा सके।
रोगी के जिस अंग से एक्स-रे को प्रवाहित करना है, उसे एक्स-रे स्रोत और इमेज रिसेप्टर के बीच रखा जाता है जिससे शरीर के केवल उसी विशेष अंग की आतंरिक संरचना की छाया उत्पन्न हो सके। ये एक्स-रे आंशिक रूप से अस्थि जैसे घने ऊतकों द्वारा अवरूद्ध ("क्षीण") हो जाती हैं और मृदु ऊतकों से बड़ी आसानी से गुजर जाती हैं। जिन-जिन क्षेत्रों से होकर ये एक्स-रे गुजरती हैं, वे क्षेत्र डेवलप करने पर गहरा रंग धारण कर लेते हैं, जिससे अस्थियां आस-पास के ऊतकों की तुलना में थोड़ी हल्के रंग की दिखाई पड़ती हैं।
बेरियम या आयोडीन युक्त विपरीत यौगिकों, जो रेडियोपेक होते हैं, को जठरांत्र पथ (बेरियम) में अंतर्ग्रहित किया जा सकता है या इन वाहिनियों को उजागर करने के लिए धमनी या शिराओं में प्रविष्ट किया जा सकता है। इन विपरीत यौगिकों में उच्च परमाण्विक संख्यायुक्त तत्व होते हैं जो (अस्थि की तरह) अनिवार्य रूप से एक्स-रे को अवरूद्ध कर देते हैं और इसलिए एक बार खोखले अंग या वाहिनी को और अधिक आसानी से देखा जा सकता है। एक गैर विषैले विपरीत पदार्थ की खोज में, कई प्रकार के उच्च परमाणु संख्या वाले तत्वों का मूल्यांकन किया जाता था। उदाहरणार्थ, हमारे पूर्वजों ने पहली बार जिस निरूपण का प्रयोग किया, वह चाक था और इसका प्रयोग एक शव की नलिकाओं पर किया गया था। दुर्भाग्य से, कुछ चुने हुए तत्व हानिकारक साबित हुए - उदाहरण के लिए, थोरियम का प्रयोग निरूपण के एक माध्यम (थोरोट्रास्ट) के रूप में किया जाता था - जो कुछ मामलों में विषैला बन गया (थोरियम के विषैले प्रभाव की वजह से चोट और कभी-कभी मौत भी हो जाती थी). आधुनिक निरूपण पदार्थ में सुधार हुआ है और जबकि यह निर्धारित करने का कोई तरीका नहीं है कि किसमें निरूपण के प्रति संवेदनशीलता है, "एलर्जी जैसी प्रतिक्रियाओं" की घटना बहुत कम है। (इस जोखिम की तुलना पेनिसिलिन के साथ जुड़े जोखिम से की जा सकती है।)
एक उत्तरोत्तर बढ़ता हुआ आम तरीका फोटोस्टिमुलेटेड ल्यूमिनेसेन्स (पीएसएल (PSL)) का इस्तेमाल है जिसकी शुरुआत 1980 के दशक में फुजी (Fuji) ने की थी। आधुनिक अस्पतालों में फोटोग्राफिक प्लेट की जगह फोटोस्टिमुलेबल फॉस्फर प्लेट का इस्तेमाल किया जाता है। प्लेट पर एक्स-रे प्रवाहित करने के बाद, फॉस्फर पदार्थ के उत्साहित इलेक्ट्रॉन तब तक क्रिस्टल जालक के "रंग केन्द्रों" में "फंसे" रहते हैं जब तक प्लेट की सतह से गुजरने वाले लेज़र बीम द्वारा उन्हें उत्तेजित नहीं कर दिया जाता. लेज़र उत्तेजना के दौरान मुक्त प्रकाश को एक फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब द्वारा इकठ्ठा कर लिया जाता है और परिणामी संकेत को कंप्यूटर प्रौद्योगिकी द्वारा एक डिजिटल इमेज में परिवर्तित कर दिया जाता है, जो इस प्रक्रिया को इसका आम नाम, कंप्यूटरीकृत रेडियोग्राफी, प्रदान करता है (जिसे डिजिटल रेडियोग्राफी के रूप में भी संदर्भित किया जाता है). पीएसपी (PSP) प्लेट को फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है,  और उन्हें इस्तेमाल करने के लिए मौजूदा एक्स-रे उपकरण में कोई संशोधन करने की ज़रूरत नहीं होती.
प्रारंभ में, सबसे आम पता लगाने वाले तरीके गैसों के आयनीकरण पर आधारित थे, जैसे कि गीजर-मुलर काउंटर में: एक सील्ड वॉल्यूम, आम तौर पर एक सिलिंडर, जिसके साथ एक अभ्रक, बहुलक या पतली धात्विक खिड़की में गैस, बेलनाकार कैथोड और एक तार एनोड होता है; कैथोड और एनोड के बीच उच्च वोल्टेज प्रवाहित किया जाता है। जब एक एक्स-रे फोटॉन सिलिंडर में प्रवेश करती है, तो यह गैर का आयनीकरण करती है और आयनों व इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करती है। इस प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन, एनोड की तरफ तेजी से बढ़ते हैं, जिसकी वजह से उनके प्रक्षेपवक्र के साथ आगे चलकर आयनीकरण होता है। टाउन्सएन्ड ऐवेलैन्च (Townsend avalanche) के नाम से जाने जानी वाली इस प्रक्रिया का पता एक आकस्मिक धारा के रूप में लगाया जाता है जिसे एक "गिनती" या "घटना" कहा जाता है।
ऊर्जा वर्णक्रम की जानकारी प्राप्त करने के लिए, विभिन्न फोटॉन को अलग करने के लिए सबसे पहले एक विवर्तनीय क्रिस्टल का इस्तेमाल किया जा सकता है। इस विधि को वेवलेंथ डिस्पर्सिव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (डब्ल्यूडीएक्स/WDX या डब्ल्यूडीएस/WDS) कहा जाता है। फैलानेवाले तत्वों के साथ अक्सर स्थिति के प्रति संवेदनशील डिटेक्टरों का इस्तेमाल किया जाता है। स्वाभाविक रूप से ऊर्जा का समाधान करने वाले अन्य पहचान उपकरणों, जैसे - पूर्वचर्चित समानुपातिक काउंटर, का इस्तेमाल किया जा सकता है। दोनों में से किसी भी मामले में, उपयुक्त पल्स-प्रोसेसिंग (एमसीए/MCA) उपकरणों का उपयोग, बाद के विश्लेषण के लिए डिजिटल स्पेक्ट्रा के निर्माण की अनुमति देता है।
कई अनुप्रयोगों के लिए, काउंटर को सील नहीं किया जाता है लेकिन इनमें लगातार शुद्ध गैस भरी जाती है, इस प्रकार संदूषण या गैस क्षय की समस्या कम हो जाती है। इन्हें "प्रवाह काउंटर" कहा जाता है।
सोडियम आयोडाइड (NaI) जैसे कुछ पदार्थ एक एक्स-रे फोटॉन को एक दृश्यमान फोटॉन में "बदल" सकते हैं; एक फोटोमल्टीप्लायर जोड़कर एक इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टर का निर्माण किया जा सकता है। इन डिटेक्टरों को "सिंटिलेटर", फिल्मस्क्रीन या "सिंटिलेशन काउंटर" कहते हैं। इनके उपयोग का मुख्य लाभ यह है कि रोगी पर एक्स-रे की बहुत कम मात्रा प्रवाहित करने पर भी एक पर्याप्त चित्र प्राप्त किया जा सकता है।
एक एक्स-रे इमेज इंटेंसिफायर के इस्तेमाल से प्राप्त प्रतिदीप्तिदर्शन के इस्तेमाल से खोखले अंगों (जैसे - छोटी या बड़ी अंत का बेरियम एनीमा) के विपरीत अध्ययनों या एंजियोग्राफी जैसी "वास्तविक-जीवन" प्रक्रियाओं में भी एक्स-रे का इस्तेमाल किया जाता है। एंजियोप्लास्टी, धमनीय तंत्र का चिकित्सीय हस्तक्षेप,  संभावित रूप से इलाज योग्य घावों की पहचान करने के लिए बहुत ज्यादा एक्स-रे-संवेदी निरूपण पर भरोसा करते हैं।
1970 के दशक के बाद से, नए सेमीकंडक्टर डिटेक्टरों को विकसित किया गया है (लिथियम युक्त सिलिकॉन या जर्मेनियम, एसआई (एलआई)/Si (Li) या जीई (एलआई)/Ge(Li)). एक्स-रे के फोटॉन को अर्धचालक में इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े में बदल दिया जाता है और एक्स-रे का पता लगाने के लिए इकठ्ठा किया जाता है। जब तापमान पर्याप्त रूप से कम हो जाता है (डिटेक्टर को पेल्टियर प्रभाव द्वारा या इससे भी ठन्डे तरल नाइट्रोजन द्वारा ठंडा किया जाता है), तब एक्स-रे ऊर्जा वर्णक्रम का प्रत्यक्ष निर्धारण करना संभव होता है; इस विधि को एनर्जी डिस्पर्सिव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएक्स/EDX या ईडीएस/EDS) कहा जाता है; इसका इस्तेमाल अक्सर छोटे एक्स-रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोमीटर में किया जाता है। इन डिटेक्टरों को कभी-कभी "सॉलिड स्टेट डिटेक्टर" भी कहा जाता है। कैडमियम टेल्यूराइड (CdTe) आधारित डिटेक्टरों और जस्ता के मिश्रण से तैयार मिश्र धातु, कैडमियम जस्ता टेल्यूराइड, की संवेदनशीलता बहुत बढ़ जाती है जो एक्स-रे की कम मात्रा का इस्तेमाल करने की अनुमति प्रदान करती है।
चिकित्सीय चित्रण (मेडिकल इमेजिंग) में व्यावहारिक अनुप्रयोग की शुरुआत 1990 के दशक में हुई थी। वर्तमान में मैमोग्राफी और सीने की रेडियोग्राफी के लिए वाणिज्यिक विशाल क्षेत्र के फ़्लैट पैनल एक्स-रे डिटेक्टरों में आकारहीन सेलेनियम का इस्तेमाल किया जाता है। वर्तमान अनुसंधान और विकास, पिक्सेल डिटेक्टरों के इर्द-गिर्द केन्द्रित है, जैसे - सर्न (CERN) का ऊर्जा संकल्पक मेडिपिक्स डिटेक्टर.
ध्यान दें: एक एक्स-रे बीम में रखने पर एक मानक अर्धचालक डायोड, जैसे - 1N4007 विद्युत-प्रवाह की बहुत थोड़ी मात्रा उत्पन्न करेगा। चिकित्सीय चित्रण (मेडिकल इमेजिंग) सर्विस कर्मियों द्वारा एक बार इस्तेमाल किया गया एक परीक्षण उपकरण एक छोटा सा प्रोजेक्ट बॉक्स था जिसमें इस तरह के कई डायोड श्रृंखलाबद्ध रूप में निहित थे, जिसे एक शीघ्र निदान के रूप में एक ऑसिलोस्कोप से जोड़ा जा सकता था।
पारंपरिक अर्धचालक संरचना से उत्पन्न सिलिकॉन ड्रिफ्ट डिटेक्टर (एसडीडी (SDD)) अब एक लागत प्रभावी और उच्च संकल्पक शक्ति विकिरण माप प्रदान करते हैं। एसआई (एलआई)/Si (Li) जैसे पारंपरिक एक्स-रे डिटेक्टरों के विपरीत, इन्हें तरल नाइट्रोजन से ठंडा करने की जरूरत नहीं पड़ती है।
विशाल अर्धचालक सारणी डिटेक्टरों के आगमन से एक्स-रे से दृश्य प्रकाश में बदलने के लिए सिंटिलेटर स्क्रीन का इस्तेमाल करके डिटेक्टर सिस्टमों को डिजाइन करना संभव हो गया है जिसे तब एक सारणी डिटेक्टर में विद्युतीय संकेतों में बदल दिया जाता है। आजकल चिकित्सा, दंत चिकित्सा, पशु चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों में अप्रत्यक्ष फ्लैट पैनल डिटेक्टरों (एफपीडी/FPD) का बड़े पैमाने पर इस्तेमाल हो रहा है।
सारणी प्रौद्योगिकी, कई फ़्लैट पैनल डिस्प्ले में इस्तेमाल होने वाले आकारहीन सिलिकॉन टीएफटी (TFT) सारणियों का एक भिन्नरूप है जैसा कंप्यूटर लैपटॉप में होता है। सारणी में सिलिकॉन की एक पतली परत से ढंकी हुई कांच की एक चादर होती है जो एक आकारहीन या अव्यवस्थित स्थिति में होती है। एक सूक्ष्म स्तर पर, सिलिकॉन को एक ग्राफ कागज़ के एक पत्रक पर ग्रिड की तरह, बहुत ज्यादा क्रमबद्ध सारणी में व्यवस्थित लाखों ट्रांजिस्टरों के साथ अंकित किया जाता है। इनमें से प्रत्येक थिन फिल्म ट्रांजिस्टर (टीएफटी/TFT) को एक प्रकाश-अवशोषक फोटोडायोड के साथ संलग्न किया जाता है जिससे एक अकेले पिक्सेल (चित्र तत्व) का निर्माण होता है। फोटोडायोड पर प्रहार करने वाले फोटॉन, विद्युत आवेश के दो वाहकों में रूपांतरित हो जाते हैं, जिन्हें इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म कहा जाता है। चूंकि उत्पन्न आवेश वाहकों की संख्या आने वाले प्रकाश फोटॉन की तीव्रता के साथ बदलती जाएगी, अतः एक विद्युतीय पद्धति का निर्माण होता है जो तेजी से एक वोल्टेज में बदल सकता है और उसके बाद एक डिजिटल संकेत में बदल सकता है, जिसे एक कंप्यूटर द्वारा एक डिजिटल चित्र उत्पन्न करने के लिए रूपांतरित किया जाता है। हालांकि सिलिकॉन में उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं, लेकिन फिर भी यह विशेष रूप से एक्स-रे के फोटॉन का एक अच्छा अवशोषक नहीं है। इसी वजह से, एक्स-रे सबसे पहले गैडोलिनियम ऑक्सीसल्फाइड या सीज़ियम आयोडाइड जैसे पदार्थों से बने सिंटिलेटर पर गिरती हैं। सिंटिलेटर, एक्स-रे को अवशोषित कर उन्हें दृश्य प्रकाश फोटॉन में बदल देता है जो उसके बाद फोटोडायोड सारणी पर से गुजरता है।
आम तौर पर मानव आंख के लिए अदृश्य मानी जाने वाली एक्स-रे को विशेष परिस्थितियों में देखा जा सकता है। रॉन्टगन के 1895 के युगांतरकारी शोध-पत्र के कुछ समय बाद किये गये एक प्रयोग में ब्राड़ेस ने जानकारी दी कि अंधकार अनुकूलन कर लेने और अपनी आंख को एक एक्स-रे नलिका के पास रखने पर, उन्होंने एक धुंधली "नीली-धूसर" चमक देखी, जो स्वयं आंख से ही उत्पन्न हुई लगती थी। यह सुनने पर रॉन्टगन ने अपनी रिकॉर्ड पुस्तकों की समीक्षा की और पाया कि उन्होंने इस प्रभाव को देखा था। रॉन्टगन ने इसी तरह की एक नीली चमक देखी थी, जो स्वतः आंख से ही निकलती हुई प्रतीत हो रही थी, लेकिन केवल एक प्रकार की नली का इस्तेमाल करने पर इस प्रभाव को देखने की वजह से उन्होंने अपने इस अवलोकन को गलत मान लिया। बाद में उन्हें एहसास हुआ कि इस प्रभाव को उत्पन्न करने वाली नली एकमात्र ऐसी नली थी जिसमें इस चमक को स्पष्ट रूप से दिखाई देने लायक बनाने की काफी क्षमता थी और उसके बाद प्रयोग को तत्काल दोहराए जाने की सम्भावना थी। एक्स-रे, वास्तव में अन्धकार-अनुकूलित नग्न आंख द्वारा धुंधले रूप में दिखाई दे सकती हैं, इस ज्ञान को आज के दौर में काफी हद तक भुलाया जा चुका है; ऐसा शायद उस क्रिया को न दोहराने की इच्छा की वजह से हो सकता है जिस क्रिया को अब आयनशील विकिरण के साथ एक बेतहाशा खतरनाक और संभवतः हानिकारक प्रयोग के रूप में देखा जाता था। आंख में दृश्यता को उत्पन्न करने वाली सटीक विधि ज्ञात नहीं है: ऐसा पारंपरिक संसूचन (रेटिना में रॉडोप्सिन के अणुओं की उत्तेजना), रेटिनल तंत्रिका कोशिकाओं की प्रत्यक्ष उत्तेजना, या गौणतः उत्पन्न दृश्य प्रकाश के पारंपरिक रेटिनल संसूचन के साथ नेत्रगोलक में उदाहरणतः फॉस्फरेसेंस के एक्स-रे प्रवेश के माध्यम से द्वितीयक संसूचन की वजह से हो सकता है।
हालांकि एक्स-रे को अन्य प्रकार से नहीं देखा सकता है, लेकिन यदि एक्स-रे पुंज की तीव्रता काफी अधिक हो तो वायु के अणुओं के आयनीकरण को देखा जा सकता है। ईएसआरएफ (European Synchrotron Radiation Facility के आईडी11 (ID11) के विग्लर की पुंजरेखा, ऐसी ही उच्च तीव्रता का एक उदाहरण है।
एक्स-रे अस्थियों की संरचनाओं की पहचान कर सकती हैं, रॉन्टगन के इस खोज के बाद से चिकित्सीय चित्रण (मेडिकल इमेजिंग) में इनका इस्तेमाल करने के लिए एक्स-रे का विकास किया गया है, इस विषय पर उनके प्राथमिक शोध-पत्र के एक महीने के भीतर इसका इस्तेमाल किया गया था। रेडियोलॉजी, चिकित्सा का एक विशेष क्षेत्र है। रेडियोलॉजिस्ट, नैदानिक चित्रण (डायग्नोस्टिक इमेजिंग) के लिए रेडियोग्राफी और अन्य तकनीकों का इस्तेमाल करते हैं। यह शायद एक्स-रे प्रौद्योगिकी का सबसे आम उपयोग है।
ये एक्स-रे विशेष रूप से कंकाल तंत्र की विकृति का पता लगाने में काफी उपयोगी हैं लेकिन मृदु ऊतक में कुछ रोगी प्रक्रियाओं का पता लगाने के लिए भी ये उपयोगी होती हैं। कुछ उल्लेखनीय उदाहरण हैं - सीने का बहुत आम एक्स-रे, जिसका इस्तेमाल निमोनिया, फेफड़ों के कैंसर या फुफ्फुसीय शोफ़ जैसे फेफड़ों के रोगों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है; और पेट का एक्स-रे, जो आंत अवरोध, मुक्त वायु (आंत वेधन) और मुक्त तरल (जलोदर में) का पता लगा सकता है। एक्स-रे का इस्तेमाल अक्सर (लेकिन हमेशा नहीं) दिखाई देने योग्य गुर्दे की पथरियों और पित्तपथरियों (जो शायद ही कभी रेडियोपेक होते हैं) जैसी विकृतियों का पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है। परंपरागत साधारण एक्स-रे, मस्तिष्क या मांसपेशी जैसे मृदु ऊतकों की छवि लेने में बहुत कम उपयोगी होती हैं। मृदु ऊतकों की छवि लेने के विकल्प - कंप्यूटरीकृत अक्षीय टोमोग्राफी (कैट (CAT) या सीटी (CT) स्कैनिंग), चुम्बकीय अनुनाद चित्रण (एमआरआई/MRI) या अल्ट्रासाउंड हैं। बाद वाले दो विकल्प, आयनशील विकिरण के लिए व्यक्ति के अधीन नहीं हैं। साधारण एक्स-रे और सीटी (CT) स्कैन के अलावा, चिकित्सक एक एक्स-रे परीक्षण पद्धति के रूप में प्रतिदीप्तिदर्शन का उपयोग करते हैं। इस विधि के अंतर्गत अक्सर दवा के रूप में एक चिकित्सीय निरूपण पदार्थ (अंतःशिरा, मुंह या गुदावस्ति के माध्यम से) दिया जाता है। उदाहरणों में कार्डियक कैथेटराइजेशन (परिहृद् धमनी अवरोध की जांच) और बेरियम स्वालो (ग्रासनली के विकारों की जांच) शामिल हैं।
2005 के बाद से अमेरिकी सरकार ने एक्स-रे को एक कैंसरजनक के रूप में सूचीबद्ध किया है।. एक इलाज के रूप में एक्स-रे के उपयोग को रेडियोथेरपी के नाम से जाना जाता है और कैंसर के प्रबंधन (उपशमन सहित) के लिए इसका बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया जाता है; इसके लिए केवल चित्रण की तुलना में कहीं अधिक विकिरण ऊर्जा की जरूरत पड़ती है।
अध्ययन के आधार पर, एक्स-रे, जांच करने का एक अपेक्षाकृत सुरक्षित तरीका है और इसका विकिरण अनावरण या जोखिम अपेक्षाकृत कम है। हालांकि, प्रयोगात्मक और महामारी विज्ञान के आंकड़े इस प्रस्ताव का समर्थन नहीं करते हैं कि विकिरण की एक सीमा रेखा वाली मात्रा से नीचे कैंसर का ज्यादा खतरा नहीं रहता है। नैदानिक एक्स-रे का परिमाण, मानव-निर्मित और विश्वव्यापी प्राकृतिक संसाधनों के कुल वार्षिक विकिरण अनावरण का 14% है। अनुमान है कि 75 वर्ष की आयु तक के लोगों में अतिरिक्त विकिरण से कैंसर होने के संचयी जोखिम में 0.6-1.8% की वृद्धि होगी। अवशोषित विकिरण की मात्रा, एक्स-रे परीक्षण के प्रकार और उसमें भाग लेने वाले शरीर के अंग पर निर्भर करती है। सीटी (CT) और प्रतिदीप्तिदर्शन, साधारण एक्स-रे का इस्तेमाल करने के बजाय विकिरण की अत्यधिक मात्रा को आवश्यक बना देते हैं।
वर्धित जोखिम को परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, सीने का एक सामान्य एक्स-रे या दन्त चिकित्सीय एक्स-रे, पृष्ठभूमि विकिरण से एक समान मात्रा के लिए एक व्यक्ति का अनावरण करेगा जिसके प्रति हम 10 दिनों की समयावधि में प्रतिदिन अनावृत (स्थान के आधार पर) होते हैं। ऐसी प्रत्येक एक्स-रे संपूर्ण जीवन-काल में कैंसर के जोखिम में 1 प्रति 1,000,000 से भी कम की वृद्धि करेगी। एक उदर या सीने का सीटी (CT), पृष्ठभूमि विकिरण के 2-3 वर्षों के बराबर होगा, जो 1 प्रति 10,000 और 1 प्रति 1,000 के बीच जीवनपर्यंत कैंसर जोखिम में वृद्धि करेगा। ये संख्या हमारे जीवनकाल के दौरान किसी भी कैंसर के विकसित होने की लगभग 40% संभावना की तुलना में बहुत कम है।
नैदानिक एक्स-रे के प्रति अनावृत पिता के बच्चों में इसके होने की बहुत ज्यादा सम्भावना रहती है जो ल्यूकेमिया के संपर्क में आते हैं, खास तौर पर यदि अनावरण गर्भाधान के काफी करीब हो या निचले गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल (जीआई/GI) पथ या निचले उदर का दो या दो से अधिक एक्स-रे शामिल हो।  विकिरण का खतरा अजन्मे बच्चों में ज्यादा होता है, इसलिए गर्भवती रोगियों में, जांच (एक्स-रे) के लाभों को अजन्मे बच्चों को होने वाले संभावित खतरों के साथ संतुलित किया जाना चाहिए। अमेरिका में, प्रति वर्ष लगभग 62,000,000 सीटी (CT) स्कैन किए जाते हैं, जिसमें से बच्चों पर 4,000,000 से ज्यादा स्कैन किए जाते हैं। अनावश्यक एक्स-रे (खास तौर पर सीटी (CT) स्कैन) से बचने से विकिरण की मात्रा और कैंसर से जुड़े किसी भी खतरे में कमी आएगी.
उच्च घनत्व (11340 किलोग्राम प्रति घन मीटर), रोकने की शक्ति, स्थापन में आसानी और कम लागत की वजह से सीसा, एक्स-रे के खिलाफ सबसे आम कवच है। पदार्थ में एक्स-रे जैसे एक उच्च ऊर्जा फोटॉन की अधिकतम सीमा अनंत होती है; फोटॉन द्वारा पारगमित पदार्थ में प्रत्येक स्थान पर, अंतःक्रिया की सम्भावना रहती है। इस प्रकार बहुत ज्यादा दूरी रहने पर अंतःक्रिया की बहुत कम सम्भावना रहती है। इसलिए फोटॉन पुंज का कवच घातांकीय होता है (और साथ में क्षीणन लंबाई, पदार्थ की विकिरण लम्बाई के बहुत करीब होती है); कवच की मोटाई को दोगुना करने से कवच का प्रभाव अपने वर्ग के बराबर हो जाएगा.
सेकण्ड इंटरनैशनल काँग्रेस ऑफ़ रेडियोलॉजी की सिफारिशों से, निम्नलिखित तालिका से एक्स-रे की ऊर्जा के कार्य में कांच के कवच की अनुशंसित मोटाई का पता कहलता है।
एक्स-रे के अन्य उल्लेखनीय उपयोगों में शामिल हैं एक्स-रे के खोजकर्ता का श्रेय आम तौर पर जर्मन भौतिकशास्त्री विल्हेम रॉन्टगन को दिया जाता है क्योंकि उन्होंने ही सबसे पहले व्यवस्थित रूप में इनका अध्ययन किया था, हालांकि इनके प्रभावों को देखने वाले वह पहले व्यक्ति नहीं हैं। "एक्स-रे" के रूप में उनका नामकरण भी उन्होंने ही किया है, हालांकि उनकी खोज के बाद कई दशकों तक कुछ लोग उन्हें "रॉन्टगन किरणों" के रूप में संदर्भित करते थे।
पहली बार नलियों में निर्मित कैथोड किरणों अर्थात् ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन पुंजों की छानबीन करने वाले वैज्ञानिकों ने 1875 के आसपास क्रूक्स नली नामक प्रयोगात्मक विसर्जन नलियों से एक्स-रे को निकलते हुए देखा था। क्रूक्स नलियां, कुछ किलोवोल्ट और 100 केवी (kV) के बीच कहीं भी एक उच्च डीसी (DC) वोल्टेज द्वारा नली में अवशिष्ट हवा के आयनीकरण के द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करती थीं। यह वोल्टेज काफी उच्च वेग से कैथोड से आते हुए इलेक्ट्रॉनों की गति को बढ़ा देते थे जिससे वे नली की कांच की दीवार या एनोड से टकराते समय एक्स-रे का निर्माण करते थे। कई आरंभिक क्रूक्स नलियां बेशक एक्स-रे को विकीर्ण करती थीं, क्योंकि आरंभिक शोधकर्ताओं ने उन प्रभावों को देखा था जिनका श्रेय उन्हें दिया जा सकता था, जिसका विस्तृत विवरण नीचे दिया गया है। विल्हेम रॉन्टगन ने ही सबसे पहले 1895 में उनका व्यवस्थित रूप से अध्ययन किया था।
इवान पुल्युई, विलियम क्रूक्स, जोहान विल्हेम हिटोर्फ़, यूजेन गोल्डस्टीन, हेनरिच हर्ट्ज़, फिलिप लेनार्ड, हर्मन वॉन हेल्महोल्ट्ज़, निकोला टेस्ला, थॉमस एडिसन, चार्ल्स ग्लोवर बार्क्ला, मैक्स वॉन लौए और विल्हेम कॉनरैड रॉन्टगन की गिनती एक्स-रे के प्रमुख आरंभिक शोधकर्ताओं में की जाती है।
क्रूक्स नली के एक सह-आविष्कारक और आरंभिक शोधकर्ता के रूप में जाने जाने वाले जर्मन भौतिकशास्त्री जोहान हिटोर्फ़ (1824–1914) ने जब नली के पास अनावृत फोटोग्राफिक प्लेटों को रखा, तब उन्होंने देखा कि छाया द्वारा उनमें से कुछ प्लेटों में दरारें पड़ गईं, हालांकि उन्होंने इस प्रभाव की छानबीन नहीं की।  यूक्रेन में जन्मे और यूनिवर्सिटी ऑफ विएना में प्रयोगात्मक भौतिकी के व्याख्याता के रूप में कार्यरत पुल्युई ने वैक्यूम डिस्चार्ज ट्यूब के गुणों की जांच करने के लिये उनके अनेक डिज़ाइन तैयार किए। प्राग पॉलीटेक्नीक में प्रोफेसर के पद पर हुई नियुक्ति के बाद भी उन्होंने अपना कार्य जारी रखा और 1886 में उन्होंने देखा कि नलियों से निकलने वाले पदार्थों के सामने आने पर सील्ड फोटोग्राफिक प्लेट्स डार्क हो गए। 1896 के आरंभिक दौर में, रॉन्टगन द्वारा अपनी पहली एक्स-रे तस्वीर प्रकाशित करने के बस कुछ सप्ताह बाद, पुल्युई ने पेरिस और लन्दन की पत्रिकाओं में उच्च-गुणवत्ता वाले एक्स-रे चित्रों को प्रकाशित किया। हालांकि पुल्युई ने वर्ष 1873 से 1875 तक स्ट्रासबर्ग विश्वविद्यालय में रॉन्टगन के साथ अध्ययन किया था, लेकिन उनके जीवनी लेखक गाइडा (1997) का दावा है कि उनका परवर्ती शोध स्वतंत्र रूप से किया गया था।
अप्रैल 1887 में, निकोला टेस्ला ने उच्च वोल्टेज और खुद डिजाइन की गई नलियों के साथ-साथ क्रूक्स नलियों का उपयोग करके एक्स-रे की जांच करनी शुरू की। उनके तकनीकी प्रकाशनों से इस बात का संकेत मिलता है कि उन्होंने एक विशेष एकल इलेक्ट्रोड एक्स-रे नली का आविष्कार और विकास किया था जो अन्य एक्स-रे नलियों से अलग थी जिनमें कोई लक्ष्य इलेक्ट्रोड नहीं होता था। टेस्ला के उपकरण के पीछे के सिद्धांत को ब्रेम्सस्ट्रॉलंग प्रक्रिया के नाम से जाना जाता है, जिसमें पदार्थ से होते हुए आवेशित कणों (जैसे - इलेक्ट्रॉन) के गुजरने पर एक उच्च-ऊर्जा द्वितीयक एक्स-रे उत्सर्जन की उत्पत्ति होती है। 1892 तक टेस्ला ने ऐसे कई प्रयोग किए, लेकिन उन्होंने इन उत्सर्जनों को वर्गीकृत नहीं किया जिन्हें बाद में एक्स-रे के नाम से जाना गया। टेस्ला ने इस घटना को "अदृश्य" प्रकार की विकिरण ऊर्जा के रूप में सामान्यीकृत किया। टेस्ला ने न्यूयॉर्क ऐकडमी ऑफ़ साइंसेस के सामने अपने 1897 के एक्स-रे व्याख्यान में विभिन्न प्रयोगों के विषय में अपने तरीकों के तथ्यों का वर्णन किया। इसके अलावा इसी व्याख्यान में टेस्ला ने एक्स-रे उपकरण के निर्माण और सुरक्षित संचालन की विधि का वर्णन किया। वैक्यूम उच्च क्षेत्र उत्सर्जन द्वारा उनके एक्स-रे प्रयोग के माध्यम से उन्होंने एक्स-रे अनावरण से जुड़े जैविक खतरों से वैज्ञानिक समुदाय को सचेत भी किया।
स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के भौतिकी के बुनियादी प्रोफ़ेसर फर्नांडो सैनफोर्ड (1854–1948) ने 1891 में एक्स-रे को उत्पन्न किया और उनका पता लगाया. 1886 से 1888 तक उन्होंने बर्लिन की हर्मन हेल्महोल्ट्ज़ प्रयोगशाला में अध्ययन किया था, जहां वे वैक्यूम नलियों में उत्पन्न होने वाले कैथोड किरणों से परिचित हुए जब अलग-अलग इलेक्ट्रोड से एक वोल्टेज प्रवाहित किया गया जैसा कि हेनरिच हर्ट्ज़ और फिलिप लेनार्ड ने इसके पहले इसका अध्ययन किया था। द फिज़िकल रिव्यू को 6 जनवरी 1893 को लिखे गए उनके पत्र को विधिवत प्रकाशित किया गया (जिसमें उन्होंने "इलेक्ट्रिक फोटोग्राफी" के रूप में अपनी खोज का वर्णन किया था) और सैन फ्रांसिस्को इग्ज़ैमनर में "विदाउट लेंस ऑर लाईट, फोटोग्राफ्स टेकेन विथ प्लेट एण्ड ऑब्जेक्ट इन डार्कनेस (Without Lens or Light, Photographs Taken With Plate and Object in Darkness)" नामक एक लेख छपा गया।
हेनरिच हर्ट्ज़ का फिलिप लेनार्ड नामक एक छात्र यह देखना चाहता था कि कैथोड किरणें, हवा में क्रूक्स नली से होकर गुजर सकती हैं या नहीं। उसने एक क्रूक्स नली (जिसे बाद में "लेनार्ड नली" के नाम से जाना गया) का निर्माण किया जिसके अंत में एक "खिड़की" थी जो पतली एल्यूमीनियम से बनी हुई थी जिसके सामने का हिस्सा कैथोड की तरफ था ताकि कैथोड किरणें इससे टकरा सके। उन्होंने देखा कि उसमें से कुछ निकला जिसके फोटोग्राफिक प्लेटों के प्रति अनावृत की वजह से प्रतिदीप्ति उत्पन्न हुई। उन्होंने विभिन्न पदार्थों के माध्यम से इन किरणों की भेदन शक्ति को मापा. इससे यह सूचना मिली है कि इनमें से कम से कम कुछ "लेनार्ड किरणें" वास्तव में एक्स-रे थीं। हर्मन वॉन हेल्महोल्ट्ज़ ने एक्स-रे के गणितीय समीकरणों को सूत्रबद्ध किया। रॉन्टगन की खोज और घोषणा से पहले उन्होंने एक प्रकीर्णन सिद्धांत की कल्पना की। इसे प्रकाश के विद्युत् चुम्बकीय सिद्धांत के आधार पर तैयार किया गया था। हालांकि, उन्होंने वास्तविक एक्स-रे के साथ काम नहीं किया।
8 नवम्बर 1895 को लेनार्ड और क्रूक्स नलियों के साथ प्रयोग करते समय जर्मन भौतिकी प्रोफेसर विल्हेम रॉन्टगन का सामना एक्स-रे से हुआ और उन्होंने इन पर अध्ययन करना शुरू कर दिया। उन्होंने ""ऑन ए न्यू काइंड ऑफ़ रे: ए प्रिलिमिनरी कम्युनिकेशन (On a new kind of ray: A preliminary communication)" " नामक एक आरंभिक रिपोर्ट तैयार किया और 28 दिसम्बर 1895 को उन्होंने इस रिपोर्ट को वुर्ज़बर्ग के फिज़िकल-मेडिकल सोसाइटी पत्रिका को सौंप दिया। एक्स-रे पर लिखा गया यह पहला शोध-पत्र था। रॉन्टगन ने यह सूचित करने के लिए विकिरण को "एक्स" के रूप में संदर्भित किया कि यह एक अज्ञात प्रकार का विकिरण था। यह नाम इससे जुड़ गया, हालांकि (रॉन्टगन की आपत्तियों के बावजूद) उनके कई सहयोगियों ने उन किरणों का नामकरण रॉन्टगन किरणों के रूप में करने का सुझाव दिया था। उन्हें अभी भी जर्मन सहित कई भाषाओं में इसी तरह के नाम से संदर्भित किया जाता है। रॉन्टगन को अपनी खोज के लिए भौतिकी में प्रथम नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुआ।
उनकी खोज के विवरणों को लेकर काफी मतभेद हैं क्योंकि रॉन्टगन अपनी मौत के समय अपने लैब नोट्स जला दिए थे, लेकिन यह उनके जीवनी लेखकों की मनगढ़ंत कहानी हो सकती है: रॉन्टगन, एक क्रूक्स नली और बेरियम प्लेटिनोसायनाइड से पेंट किए गए एक प्रतिदीप्त परदे के साथ कैथोड किरणों की छानबीन में लगे हुए थे जिसे उन्होंने एक काले कर्बोर्ड में लपेट दिया था ताकि नली से निकलने वाली दृश्य रोशनी कोई हस्तक्षेप न करे. उन्होंने लगभग 1 मीटर दूरी पर परदे से एक धुंधली हरी चमक निकलती हुई देखी. उन्हें लगा कि नली से आने वाली कुछ अदृश्य किरणें कार्डबोर्ड से होकर गुजर रही थी जिससे परदा चमकने लगा था। उन्होंने पाया कि वे उनकी मेज पर रखी किताबों और कागजों से होकर भी गुजर सकती थी। रॉन्टगन ने तुरंत व्यवस्थित रूप से इन अज्ञात किरणों की छानबीन शुरू कर दी। अपनी प्रारंभिक खोज के दो महीने बाद, उन्होंने अपना शोध-पत्र प्रकाशित किया।
रॉन्टगन ने एक फोटोग्राफिक प्लेट पर एक्स-रे की वजह से बनी अपनी पत्नी के हाथ की तस्वीर को देखकर इसके चिकित्सीय उपयोग की खोज की। उनकी पत्नी के हाथ की तस्वीर, एक्स-रे के इस्तेमाल से बनी मानव शरीर के किसी भी अंग की अब तक की पहली तस्वीर थी।
1895 में, थॉमस एडीसन ने एक्स-रे के सामने आने पर पदार्थों के प्रतिदीप्त होने की क्षमता की जांच की और कैल्शियम टंगस्टेट को इनमें से सबसे अधिक प्रभावशाली पदार्थ पाया। मार्च 1896 के आसपास, उनके द्वारा विकसित किया गया फ्लुओरोस्कोप, चिकित्सीय एक्स-रे के परीक्षणों के लिए एक मानक बन गया। फिर भी, एडीसन ने क्लेयरेंस मैडिसन डाली नामक अपने एक ग्लासब्लोवर की मौत के बाद 1903 के आसपास एक्स-रे अनुसन्धान को बंद कर दिया। डाली को अपने हाथों पर एक्स-रे नलियों का परीक्षण करने की आदत थी जिसकी वजह से उनके हाथों में इतना घातक कैंसर हो गया था कि उसकी जान बचाने के व्यर्थ प्रयास में उनके दोनों हाथ काटने पड़े. न्यूयॉर्क के बफैलो में 1901 पैन-अमेरिकन एक्सपॉज़ीशन में एक हत्यारे ने एक .32 कैलिबर रिवॉल्वर से काफी नजदीक से राष्ट्रपति विलियम मैककिनले पर दो बार गोली चलाई. पहली गोली निकाल ली गई थी, लेकिन दूसरी गोली उनके पेट में कहीं घुसी रह गई थी। मैककिनले कुछ समय के लिए जीवित थे और उनके अनुरोध पर थॉमस एडिसन "उस खोई हुई गोली का पता लगाने के लिए एक एक्स-रे मशीन लेकर बफैलो पहुंच गए। यह मशीन वहां पहुंच तो गई "लेकिन इसका इस्तेमाल नहीं किया जा सका" ... क्योंकि जीवाणुजनित संक्रमण की वजह से हुए सेप्टिक के कारण मैककिनले की मौत हो गई थी।"
संयुक्त राज्य अमेरिका में निर्मित प्रथम चिकित्सीय एक्स-रे को पुल्युई की डिजाइन वाली एक विसर्जन नली का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। रॉन्टगन की खोज को पढने के बाद जनवरी 1896 में डार्टमाउथ कॉलेज के फ्रैंक ऑस्टिन ने भौतिकी प्रयोगशाला में सभी विसर्जन नलियों का परीक्षण किया जिसमें से केवल पुल्युई नली से एक्स-रे की उत्पत्ति हुई थी। यह नली के भीतर, प्रतिदीप्त पदार्थ के धारित नमूनों के इस्तेमाल किए जाने वाले अभ्रक के एक तिर्यक "लक्ष्य" के पुल्युई के अंतर्वेशन का एक परिणाम था। 3 फ़रवरी 1896 को गिलमैन फ्रॉस्ट, कॉलेज में मेडिसिन के प्रोफ़ेसर और उनके भाई एडविन फ्रॉस्ट, भौतिकी के प्रोफ़ेसर, ने एडविन द्वारा कुछ सप्ताह पहले एक फ्रैक्चर के लिए इलाज किए गए एडी मैककार्थी की कलाई को एक्स-रे के सामने अनावृत किया और रॉन्टगन के कार्य में भी दिलचस्पी लेने वाले हॉवर्ड लैंगिल नामक एक स्थानीय फोटोग्राफर से प्राप्त जेलाटिन फोटोग्राफिक प्लेटों पर टूटी अस्थि के परिणाम चित्र को एकत्र किया।
एक्स-रे के कई अनुप्रयागों ने तुरंत काफी दिलचस्पी पैदा की। कार्यशालाओं में एक्स-रे को उत्पन्न करने के लिए क्रूक्स नलियों के विशिष्ट संस्करणों का निर्माण होने लगा और लगभग 1920 तक इन पहली पीढ़ी के ठन्डे कैथोड या क्रूक्स एक्स-रे नलियों का इस्तेमाल होता रहा।
क्रूक्स नलियों पर निर्भर नहीं रहा जा सकता था। उनमें बहुत कम मात्रा में गैस (एक सी हवा) रखनी पड़ती थी क्योंकि पूरी तरह खाली नली में धारा प्रवाहित नहीं होगी। हालांकि समय बीतने के साथ एक्स-रे की वजह से कांच में गैस को अवशोषित करने की क्षमता आ गई जिसकी वजह से नली से "अधिक दृढ" एक्स-रे तब तक उत्पन्न होती रही, जब तक कि बहुत जल्द ही उन्होंने कार्य करना बंद नहीं कर दिया। हवा को बहाल करने के लिए उपकरणों के साथ अपेक्षाकृत बड़ी और कई बार इस्तेमाल होनी वालीनलियां प्रदान की गईं थीं, जिन्हें "सॉफ्टनर्स" के नाम से जाना जाता था। ये अक्सर एक छोटी पक्षीय नली का रूप धारण कर लेतीं थीं, जिसमें अभ्रक का एक छोटा सा टुकड़ा होता था: जो एक ऐसा पदार्थ है जो अपनी संरचना के भीतर तुलनात्मक रूप से बहुत बड़ी मात्रा में हवा को जकड़ लेता है। एक छोटा सा विद्युतीय हीटर अभ्रक को गर्म करता था और इसकी वजह से हवा की एक छोटी सी मात्रा मुक्त होती थी, इस प्रकार यह नली की क्षमता को बहाल करता था। हालांकि अभ्रक की जीवन काल बहुत सीमित था और बहाली प्रक्रिया को नियंत्रित करना काफी मुश्किल था।
1904 में, जॉन एम्ब्रोस फ्लेमिंग ने थर्मियोनिक डायोड वाल्व (वैक्यूम ट्यूब) का आविष्कार किया। यह एक गर्म कैथोड का इस्तेमाल करता था जो धारा को एक वैक्यूम में प्रवाहित होने की अनुमति देता था। इस विचार को बहुत जल्द एक्स-रे नलियों और कूलिज नलियों के नाम से जाने जाने वाले गर्म कैथोड एक्स-रे नलियों में लागू किया गया जिसने लगभग 1920 तक परेशानी पैदा करने वाली ठंडी कैथोड नलियों की जगह ले ली।
दो साल बाद, भौतिकशास्त्री चार्ल्स बार्क्ला ने पता लगाया कि एक्स-रे को गैसों द्वारा विखेरा जा सकता है और यह भी कि प्रत्येक तत्व में एक अभिलाक्षणिक एक्स-रे होती है। उन्हें अपनी खोज के लिए भौतिकी में 1917 का नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुआ। मैक्स वॉन लौए, पॉल निपिंग और वॉल्टर फ्रेडरिच ने 1912 में पहली बार क्रिस्टलों द्वारा एक्स-रे के विवर्तन को देखा था। पॉल पीटर एवाल्ड, विलियम हेनरी ब्रैग और विलियम लॉरेंस ब्रैग के आरंभिक कार्यों के साथ इस खोज ने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी के क्षेत्र को जन्म दिया। अगले वर्ष विलियम डी. कूलिज ने कूलिज नली का आविष्कार किया जो एक्स-रे की निरंतर उत्पत्ति की अनुमति देती थीं; इस तरह की नली का इस्तेमाल आज भी किया जाता है।
चिकित्सीय प्रयोजनों (विकिरण चिकित्सा के क्षेत्र में विकास करने के लिए) के लिए एक्स-रे के उपयोग के अग्रदूत इंग्लैण्ड के बर्मिंघम में रहने वाले मेजर जॉन हॉल-एडवर्ड्स थे। 1908 में, एक्स-रे त्वचाशोथ के प्रसार की वजह से उन्हें अपना बायां हाथ कटवाना पड़ा था। एक्स-रे माइक्रोस्कोप का आविष्कार 1950 के दशक में हुआ था।
23 जुलाई 1999 को शुरू किए गए चन्द्रा एक्स-रे ऑब्ज़र्वेटरी को ब्रह्माण्ड में बहुत हिंसक प्रक्रियाओं के खोज की अनुमति दी जा रही है जिससे एक्स-रे की उत्पत्ति होती है। दृश्य प्रकाश के विपरीत, जो ब्रह्माण्ड का एक अपेक्षाकृत स्थिर दृश्य है, एक्स-रे का ब्रह्माण्ड अस्थिर है, यह काले विवरों, गांगेय टक्करों और नवतारों, न्यूट्रॉन तारों से अलग होते हुए तारों का दर्शन कराता है जो प्लाज्मा के परतों का निर्माण करते हैं जो तब अंतरिक्ष में विस्फोट पैदा करते हैं।
1980 के दशक में रीगन प्रशासन के स्ट्रेटजिक डिफेन्स इनिशिएटिव के हिस्से के रूप में एक एक्स-रे लेज़र उपकरण का प्रस्ताव प्रस्तुत किया गया, लेकिन इस उपकरण (एक थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट द्वारा संचालित, एक तरह का लेज़र "विस्फोटक", या मृत्यु-किरण) के पहले और एकमात्र परीक्षण ने अनिर्णायक परिणाम प्रदान किए। तकनीकी और राजनैतिक कारणों से सम्पूर्ण परियोजना (एक्स-रे लेज़र सहित) का वित्तपोषण बंद कर दिया गया (हालांकि बाद में अलग-अलग प्रौद्योगिकियों का इस्तेमाल करके नैशनल मिसाइल डिफेन्स के रूप में द्वितीय बुश प्रशासन द्वारा इसे पुनर्जीवित किया गया था).