Katodisädeputki oli 1890-luvun puolivälissä keksitty laite. Siinä saadaan elektroneja irtoamaan katodimetallista ja kiihtymään sähkökentässä kohti positiivista anodia. Wilhelm Röntgen oli saksalainen fyysikko, joka tutki katodisäteitä. Eräässä kokeessaan hän peitti katodisädeputkensa ja huomasi putken ulkopuolella olevan aineen hehkuvan fluoresenssi-ilmiön takia. Hehkuminen päättyi, kun katodisädeputki kytkettiin pois päältä. Röntgen oli löytänyt tuntemattoman säteilytyypin (X-rays). Suomeksi säteet tunnetaan röntgensäteilynä. 

Röntgensäteilyn löytymisellä oli mullistava vaikutus. Jo löytöhetkellä havaittiin röntgensäteiden kyky läpäistä ihmiskehon osia. Röntgensäteilyn käyttö yleistyi hyvin nopeasti niin lääketieteeseen kuin teollisuuteen. Röntgensäteet läpäisevät harvaa ainetta hyvin ja absorboituvat tiheään aineeseen. Röntgensäteilyn läpäisykyky perustuu sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutukseen aineen elektronien kanssa. Mitä tiheämpää ainetta on tai mitä suurempi on aineen järjestysluku, sitä enemmän vuorovaikutukseen osallistuvia elektroneja on olemassa ja sitä enemmän röntgensäteily absorboituu aineeseen. Ihmiskehossa keuhkot ovat harvaa ainetta, jolloin röntgensäteily läpäisee ne hyvin. Säteily läpäisee myös pehmeitä kudoksia. Luu on tiheää, jolloin säteily absorboituu siihen.

Yksi ensimmäisistä röntgenkuvista on otettu Wilhelm Röntgenin vaimon, Anna Bertha Ludwigin, kädestä. 

Röntgenlaitteita oli 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla hyvinkin vapaassa käytössä. Esimerkiksi jalkineita ostava henkilö pystyi tarkistamaan röntgenlaitteella, kuinka hyvin jalat sopivat uusiin kenkiin. Myöhemmin on huomattu röntgensäteilyn aiheuttaman ionisaation haitat ja röntgensäteilyn käytöstä on tullut kontrolloitua.

Lääketieteellisen kuvantamisen lisäksi röntgensäteily paljasti uutta tietoa aineen rakenteesta. Koska röntgensäteilyllä on lyhempi aallonpituus kuin näkyvällä valolla, voidaan röntgensäteitä käyttää molekyylitason yksityiskohtien erottamiseen. William Bragg ja hänen poikansa William Lawrence Bragg ohjasivat röntgensäteitä aineeseen. Tapahtui diffraktioilmiö ja muodostuneen diffraktiokuvion perusteella voitiin päätellä, millainen on aineen kiderakenne. Yksi kuuluisimmista röntgendiffraktioon perustuvista löydöistä on DNA:n rakenteen selvittäminen vuonna 1953.

Video: Röntgendiffraktion toimintaperiaate (La Physique Autrement)

Röntgensäteilyllä on nykyisin useita sovelluksia. Terveydenhuollon lisäksi sitä käytetään läpivalaisussa tai säiliöiden pinnan korkeuden mittaamisessa. Röntgensäteilyn avulla tutkitaan Mars-planeettaa ja saadaan selville, mitä materiaaleja planeetalla on. Röntgentähtitiede kartoittaa maailmankaikkeuden suurienergiaisempien kohteiden, kuten supernovien tai mustiin aukkoihin virtaavan aineen lähettämää säteilyä.