X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。
伦琴在发现X射线时，担任维尔茨堡大学校长和该校物理研究所所长，是一位有丰硕研究成果的物理学教授。他治学严谨、观察细致、技巧熟练、思维周密，为人正直、谦逊，深受同行和学生们的敬佩。
1895年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部门都已经建立了完整的理论。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了。
但是，阴极射线研究是物理学的热门课题，伦琴也对这个问题感兴趣。1895年11月8日，正当伦琴继续在实验室里从事阴极射线的实验工作，一个偶然事件引起了他的注意。
当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包严。他突然发现在不超过一米远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光，仍随放电过程的节拍断续出现。他取来各种不同的物品，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样。有的挡不住，有的起到一定的阻挡作用。
伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到过的射线，它具有特别强的穿透力，于是他立刻集中全部精力进行彻底研究。他把密封在木盒中的砝码放在这一射线的照射下拍照，得到了模糊的砝码照片；又把金属片拿来拍照，拍出了金属片内部不均匀的情况。
六个星期过去了，伦琴已经确认这是一种新的射线，才告诉自己的亲人。他邀请夫人来到实验室，用他夫人的手拍下了第一张人手X射线照片。
1895年年底，他以通信方式将这一发现公之于众，题为《一种新射线（初步通信）》。伦琴在他的通信中把这一新射线称为X射线，因为他当时确实无法确定这一新射线的本质。
发现X射线的消息很快传遍全球。由于这一射线有强大的穿透力，能够透过人体显示骨骼和薄金属中的缺陷，在医疗和金属检测上有重大的应用价值。X射线迅速被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，后来又发展到用于金属探伤，对工业技术也有一定的促进作用。
1901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴，以表彰他在1895年发现了X射线。