１836年，英国科学家法拉第就发现，在稀薄气体中放电时，会产生一种绚丽的辉光。后来，物理学家把这种辉光称为“阴极射线”，因为它是由阴极发出的。
1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴对阴极射线产生了极大的兴趣，开始了深入研究。一天，伦琴在做实验。当他把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，觉得玻璃管内的亮光影响了自己对荧光板的观察。于是，他就找了一张包照相底片的黑纸，把玻璃管包住。这样玻璃内的亮光就透不出来了。当伦琴把荧光板靠近玻璃管的铝窗时，荧光板上发出微弱的亮光，但当荧光板离铝窗稍远些时，荧光板上就不会发光了。伦琴认为这可能是因为阴极射线在稍远些距离被空气的粒子相碰而飞散，以致无效。
接着，伦琴换上没有铝窗的玻璃管。按正常的程序，他将玻璃管包好，打开开关，伸手拿起桌面上的荧光板。这时。他发现了一个令他大吃一惊的现象：荧光板的边缘上出现局部手骨的影子。伦琴知道，这是他拿荧光板的手的手骨轮廓。于是，他索性将手放在荧光板后面，结果荧光板上出现了完整的手骨影子。
伦琴认定这不是阴极射线，因为阴极射线的射程很短。伦琴绞尽脑汁，不得其解。不过，他推测，这也许是一种人们未知的射线。为了弄清射线的性质，他做了一系列的试验。
伦琴已经在实验室里，没日没夜地干了好几天。伦琴的妻子觉得伦琴几天没回家了，很不放心，便来到他的实验室。
伦琴看见妻子，就把妻子的手放在荧光板后面，然后打开开关，荧光板上出现了手骨图像，连那枚结婚戒指也显现出来。
“啊，我的手?”伦琴的妻子尖叫起来。
伦琴妻子对这神秘的射线感到不可思议，便向丈夫讨教道：“这是什么射线?”
“我也不知道叫什么射线，它还是一个x(表示未知)!”伦琴停了一会儿，又说道：“不然就叫‘x射线’吧!”
此后，这种神秘的射线，就被称为“X射线”。为了纪念它的发现者伦琴，人们也叫它为“伦琴射线”。
x射线的发现，揭开了20年前的克鲁克斯的不解之谜。原来，当明极射线碰到玻璃管，放射出X射线后，这射线把附近的相片底片统统曝光了——也就是说，在相机拍摄前，底片已被曝光。
x射线发现后，很快就在医学界得到应用。它为疾病的治疗提供了准确的依据，使医学诊断水平大大提高。因此，x射线的发现，被誉为19世纪末物理学的“三大发现”之一，伦琴也因此在1901年成为诺贝尔物理学奖第一个获得者。