En 1908, Wilhelm Röntgen, un físico alemán que trabajaba en un tubo de descarga de gas, descubrió que la radiación que producía tenía propiedades de penetración extremas. Se dio cuenta de que un material más denso como el hueso permitiría que pasaran menos rayos X a través de él, mientras que los tejidos blandos como los pulmones y los músculos absorberían mucho más. Roentgen llamó a estos rayos X rayos de radio, o rayos X para abreviar, porque no se parecían a ninguna radiación conocida en ese momento. Los rayos X también se conocen como radiación ionizante porque tienen suficiente energía para alterar los electrones en los átomos y moléculas cercanos. La alta energía de los rayos X les permite penetrar sustancias que son opacas a la luz visible, lo que permite a los médicos crear imágenes que pueden indicar la presencia de una rotura o anomalía en un hueso u otra estructura.

Los rayos X son parte del espectro electromagnético y tienen longitudes de onda entre 0. 01 y 10 nanómetros, frecuencias entre 30 petahercios y 30 exahercios (31016 Hz a 31019 Hz) y energías de 100 eV a 100 keV. Se encuentran entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma en el espectro electromagnético.

La emisión de rayos X puede ser causada por muchos procesos diferentes, incluido el bombardeo de materiales por partículas cargadas como los iones. Los rayos X también se pueden generar artificialmente al acelerar (o desacelerar) partículas cargadas, como un haz de electrones que golpea una pieza de metal en un tubo de rayos X o un haz de electrones circulante en un acelerador de partículas de sincrotrón o anillo de almacenamiento. Los rayos X también pueden ser emitidos por átomos excitados. Estos rayos X se pueden difractar de manera similar a la luz visible y pueden formar una imagen en una película fotográfica.

Debido a que los rayos X son radiación electromagnética, pueden verse afectados por campos magnéticos y pueden ser difracción. Esta propiedad les permite ser utilizados para aplicaciones de imágenes, como angiografía o tomografía computarizada (TC). Debido a que los rayos X son altamente penetrantes y pueden afectar tanto al tejido sano como al tejido canceroso, la radiación ionizante solo se emplea cuando hace más bien que daño al paciente.

Generalmente, las radiografías que son más útiles para el diagnóstico médico son las radiografías duras. Los rayos X suaves, que tienen un nivel de energía más bajo, tienden a ser absorbidos por el cuerpo humano y no brindan una imagen clara. Los rayos X duros se crean mediante el uso de niveles más altos de energía para producir más radiación ionizante.

Los rayos X duros creados por profesionales médicos se llaman rayos X porque esencialmente actúan como una radiografía de rayos X. Cuando los rayos X atraviesan el cuerpo humano, los huesos y otras estructuras densas permitirán que los rayos X los atraviesen y aparecerán blancos en una imagen de rayos X. Los tejidos menos densos, como los tejidos llenos de aire y la grasa, absorberán los rayos X de manera más completa y aparecerán más oscuros en la radiografía. Esta es la razón por la cual un hueso roto u otra anomalía esquelética aparecerá como una línea oscura contra las áreas del cuerpo más claras y llenas de aire en una imagen de rayos X. Los huesos, que son más densos que otros tejidos, aparecerán blancos en una imagen de rayos X y los profesionales médicos pueden detectarlos.