通常X射线波长在10^-11～10^-8米之间，短波端与γ射线谱区连接，长波端与紫外线谱区连接；频率介于3×10¹⁹～3×10¹⁶赫兹之间，对应的光子能量介于10⁵～10²电子伏之间。通常波长介于10^-11～10^-10米之间的称硬X射线，波长介于10^-10～10^-8米之间的称软X射线。X射线通常由高速电子在真空中撞击靶产生的轫致辐射或由带电粒子加速器产生的同步辐射而获得，过程中电子减速或加速其动能的变化会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分。原子外层电子跃迁回内层放出光子形成X光谱中的特征线。

X射线有强的物质穿透力，波长愈短，穿透力愈强。

一般认为X射线是1895年W.K.伦琴在观察阴极射线的过程中发现的，开始时人们不知其本质，故命名其为X射线。实际上N.特斯拉先于伦琴发现了X射线，但他的发现没被众人所知。1905年及其后几年，C.G.巴克拉发现X射线的偏振现象。1912年M.von 劳厄发现了X射线通过晶体时产生的衍射现象，显示了X射线具有波动性，晶体内部结构具有的周期性。随后W.L.布拉格解释了X射线晶体衍射的形成，W.H.布拉格于1913年设计出第一台X射线分光计，并发现了特征X射线。

X射线通过物质并与原子相互作用时会发生：①光电吸收效应。光子与核外电子相碰把全部能量交给电子，使电子离开原子成为光电子。②康普顿效应。光子与核外电子发生非弹性碰撞，其能量和运动方向改变。③瑞利散射。散射光的波长与入射光相同，散射强度与波长的四次方成反比。对硬X射线高能康普顿效应主导；对软X射线光电吸收效应主导。X射线对物质的作用有：①穿透作用。照到物质上只少部分被吸收，大部分透过。②电离作用。物质受照射后可使核外电子电离。③荧光作用。照射到某些化合物可使其发出可见光或紫外线。④热作用。物质吸收X射线转变成热能使其温度升高。⑤感光作用。使胶片感光。⑥着色作用。长期照射某些物质可使其结晶体脱水颜色改变。⑦干涉、衍射、反射、折射作用。⑧照射到生物机体可使生物细胞受到抑制、破坏以至坏死。

X射线的波长通常用晶体的点阵衍射来测定。X射线探测可用荧光透视法（在某些物质中会激发荧光）、照相感光（使感光底片曝光）、电离计数器（使气体电离）、闪烁计数器、半导体电离计数器等。

X射线有强的穿透物质能力并引起荧光和照相乳胶感光，在医疗中广泛应用于人体透视，在工业中用于零件探伤，在机场、港口、车站进行安全检查。长期受X射线辐射对人体有害，但也在医疗上用来杀死癌细胞。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射效应，因此可用来研究晶体结构、形貌和各种缺陷。观测来自星际太空的X射线还用来研究天体物理。