1895年，德国科学家伦琴发现了具有很高能量，肉眼看不见，但能穿透不同物质，能使荧光物质发光的射线。因为当时对这个射线的性质还不了解，因此称之为 X 射线。为纪念X射线的发现者，所以X射线后来也称为伦琴射线，现简称 X 线（X-ray）。
X射线在人类历史上意义重大，开辟了自然科学和医学的崭新道路。伦琴为此获得了1901年首届诺贝尔物理学奖。
1891年，德国物理学家赫兹发现阴极射线可穿透放电管内的金属箔片，1893 年，赫兹的学生勒纳德继续研究，他发现，阴极射线在大气中的射程只有几厘米。而伦琴认为还有一些问题需要解决，于1895年10月开始研究阴极射线。
为了避免环境光的影响，伦琴用黑纸把放电管包严，在完全遮光的暗室内进行实验。他用一张涂有氰亚铂酸钡的纸板作为荧光屏，利用更高的电压和真空度，测试阴极射线是否能射入空气更远些。当放电管加上大电压时，他发现，在黑暗中距离放电管约 1 米处的荧光屏发出微弱的闪光。断开电源，闪光消逝；再次加上电压，闪光重现；他把纸屏移至 2 米多远或把纸屏翻过来仍有荧光出现。
射线可透过铝制窗口达一米多远的荧光屏产生荧光，实际上阴极射线打在铝制的小窗口出来的就是X射线，有人将此射线称为“勒纳德射线”，但是勒纳德并没有深入研究，由此错过了 X 射线的发现。伦琴继续阴极射线的研究，才有了新的发现。 1 米处的荧光屏发出微弱的闪光。断开电源，闪光消逝；再次加上电压，闪光重现；他把纸屏移至 2 米多远或把纸屏翻过来仍有荧光出现。
伦琴意识到，新的射线不应是阴极射线，因为阴极射线是不能透过黑纸板，而且在空气中的射程只有几厘米。对此，他废寝忘食地不断重复，最后发现，新的射线可以直线传播，遇到障碍物既不反射，也不折射，在外界磁场下也不偏转；射线具有非常强的穿透能力，能透过上千页的书，甚至几毫米厚的铝板，但不能透过几毫米厚的铅板。他还发现，这种射线能透过手掌而在荧光屏上显现出手指骨的轮廓，他用这种射线给他夫人的手拍了一张照片，其指骨清晰，甚至结婚戒指也清晰显露出来。 X 射线的发现。伦琴继续阴极射线的研究，才有了新的发现。 1 米处的荧光屏发出微弱的闪光。断开电源，闪光消逝；再次加上电压，闪光重现；他把纸屏移至 2 米多远或把纸屏翻过来仍有荧光出现。
1895年12月28日他完成了第一篇X射线的论文“一种新射线--初步报告”，报告中叙述了实验的装置、做法、初步发现的X射线的性质等等。他把这项成果发布在Physical-Medical Society杂志上。这是一种新的射线，还不知道它是什么射线，于是取名“X 射线”。
很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴射线这一名称至今仍然被广泛使用。
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