可是當(dāng)他切斷電源后，卻意外地發(fā)現(xiàn)一米以外的一個小工作臺上有閃光，閃光是從一塊熒光屏上發(fā)出的。然而陽極射線只能在空氣中進行幾個厘米，這是別人和他自己的實驗早已證實的結(jié)論。于是他重復(fù)剛才的實驗，把屏一步步地移遠(yuǎn)，直到2米以外仍可見到屏上有熒光。倫琴認(rèn)為這不是陰極射線了。倫琴經(jīng)過反復(fù)實驗，確信這是種尚未為人所知的新射線，便取名為X射線。

他發(fā)現(xiàn)X射線可穿透千頁書、2~3厘米厚的木板、幾厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的鋁板等等。可是1.5毫米的鉛板幾乎就完全把X射線擋住了。他偶然發(fā)現(xiàn)X射線可以穿透肌肉照出手骨輪廓，于是有一次他夫人到實驗室來看他時，他請她把手放在用黑紙包嚴(yán)的照相底片上，然后用X射線對準(zhǔn)照射15分鐘，顯影后，底片上清晰地呈現(xiàn)出他夫人的手骨像，手指上的結(jié)婚戒指也很清楚。

這是一張具有歷史意義的照片，它表明了人類可借助X射線，隔著皮肉去透視骨骼。1895年12月28日倫琴向維爾茨堡物理醫(yī)學(xué)學(xué)會遞交了第一篇X射線的論文"一種新射線--初步報告"，報告中敘述了實驗的裝置，做法，初步發(fā)現(xiàn)的X射線的性質(zhì)等等。X射線的發(fā)現(xiàn)，又很快地導(dǎo)致了一項新發(fā)現(xiàn)--放射性的發(fā)現(xiàn)。

自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后，許多物理學(xué)家都在積極地研究和探索，1905年和190雙手X光圖片9年，巴克拉曾先后發(fā)現(xiàn)X射線的偏振現(xiàn)象，但對X射線究竟是一種電磁波還是微粒輻射，仍不清楚。1912年德國物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過晶體時產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性，發(fā)表了《X射線的干涉現(xiàn)象》一文。