1895年11月8日晚，倫琴陷入了深深的沉思。他以前做過一次放電實驗，為了確保實驗的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實，并且用一個沒有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出。可是現(xiàn)在，他卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，對著陰極射線發(fā)射的一塊涂有氰亞鉑酸鋇的屏幕（這個屏幕用于另外一個實驗）發(fā)出了光。而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片，現(xiàn)在也變成了灰黑色—這說明它們已經(jīng)曝光了！

這個一般人很快就會忽略的現(xiàn)象，卻引起了倫琴的注意，使他產(chǎn)生了濃厚的興趣。他想：底片的變化，恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子。不過目前還不知道它是什么射線，于是取名“X射線”。

于是，倫琴開始了對這種神秘的X射線的研究。

他先把一個涂有磷光物質的屏幕放在放電管附近，結果發(fā)現(xiàn)屏幕馬上發(fā)出了亮光。接著，他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和屏幕之間去擋那束看不見的神秘射線，可是誰也不能把它擋住，在屏幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與屏幕之間，屏幕上才出現(xiàn)了金屬板的陰影，看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質。實驗還發(fā)現(xiàn)，只有鉛板和鉑板才能使屏不發(fā)光，當陰極管被接通時，放在旁邊的照相底片也將被感光，即使用厚厚的黑紙將底片包起來也無濟于事。

接下來更為神奇的現(xiàn)象發(fā)生了，一天晚上倫琴很晚也沒回家，他的妻子來實驗室看他，于是他的妻子便成了在照相底片上留下痕跡的第一人，當時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當顯影后，夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結婚戒指的影像醫(yī)`學教育網(wǎng)搜集整理。

1896年1月5日，在柏林物理學會會議上展出了很多X射線的照片，同一天，維也納《新聞報》也報道了發(fā)現(xiàn)X光的消息。這一偉大的發(fā)現(xiàn)立即引起人們的極大關注，并很快傳遍全世界。在幾個月的時間里，數(shù)百名科學家為此進行調查研究，一年之中就有上千篇關于X射線的論文問世。

倫琴雖然發(fā)現(xiàn)了X射線，但當時的人們——包括他本人在內，都不知道這種射線究竟是什么東西。直到20世紀初，人們才知道X射線實質上是一種比光波更短的電磁波，它不僅在醫(yī)學中用途廣泛，成為人類戰(zhàn)勝許多疾病的有力武器，而且還為今后物理學的重大變革提供了重要的證據(jù)。正因為這些原因，在1901年諾貝爾獎的頒獎儀式上，倫琴為世界上第一個榮獲諾貝爾獎物理獎的人。人們?yōu)榱思o念倫琴，將X(未知數(shù)）射線命名為倫琴射線。