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?？墒乾F(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(zhì)的屏幕放在放電管附近，結(jié)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(zhì)—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(zhì)。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那不明輻射作用下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(jié)婚戒指的影象。

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(diào)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(nèi)，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(zhì)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。