得到老师的鼓励，伦琴准备接受聘请。谨慎、细心的别鲁塔还专程去了一趟胡恩哈伊姆，促使伦琴下定了决心。夫妇二人动身前往就任。
胡恩哈伊姆是仅次于慕尼黑的德国南方的第二大城市。农业大学位于胡恩哈伊姆一个小小的城镇上。
这确实是一所名副其实的农业大学，学校内到处都有冒着泡的发酵池，散发着酒精的气味，还养了一些蚕。校内陈旧的木制校舍与斯特拉斯堡大学那些高大的建筑物相比，只能算是一个高级中学的水平。不过学校的周围环绕着茂密的森林，还有潺潺的流水，景色十分幽静。
伦琴到达新学校以后，最关心的是物理研究所的情况。可是在这里却没有发现实验仪器之类的东西。所谓的研究室里，空空荡荡的只摆了一张桌子。
伦琴有些发愁：像以前一样，自己动手制作实验器具吧，可是连制造工具也没有。他一筹莫展。
几乎有一年的时间，伦琴没有进行过物理实验。但是，他的时间并没有白白浪费过去，在此期间，他下工夫专门学习了数学。因为数学是搞好理论研究的有力武器和必备工具。
在农业大学的学生们眼里，物理学教授伦琴先生总是板着面孔，不过他的实验又总是做得那么精彩。
搞物理学研究的却不能做实验，令伦琴十分苦恼，他曾追悔莫及地对别鲁塔说：“原来我想宁为鸡首勿为凤尾，以为当上小城之主就能随心所欲地进行研究了，所以，我才来到了这里。谁知，却作茧自缚，困住了手脚。一年过去了，我仍然一事无成。”
孔脱教授那里也不断地接到爱徒一封封倾诉苦衷的信件。“在这样的乡下大学，即使是挂上了教授的牌子也毫无意思。”“我还是想回到斯特拉斯堡帮帮您的忙，孜孜不倦地走科学的道路更好。”其中尤为动人的字句是：
“宁为建筑金字塔的苦力，也不为沙漠之王。”
孔脱教授也很为他的现状着急，想要设法帮助他回到斯特拉斯堡大学。
凑巧的是，大学里正好有一个理论物理学副教授的职位空缺，伦琴倒是一个合适的人选。不过，校方则担心伦琴已经是其他大学的正教授，不一定愿意回来屈就副教授一职。只有孔脱教授最清楚伦琴的心思，他给伦琴寄去了一封长信，信中说：
亲爱的威廉海姆·伦琴教授，如果你不介意的话，请回到斯特拉斯堡大学担任理论物理副教授一职，这到7月1日前一直有效。我相信再也没有人比你更适合这个职位了。让我们继续进行我们做过的丰富多彩的研究工作。
如果你能在这里开始新的工作，你还会发现，在胡恩哈伊姆渡过你的一年半时间，对你绝不会是毫无益处的。
当初，你曾向我询问是不是该去那里，我是热情鼓励了你的，也许你会觉得奇怪，为什么现在我又积极地劝你回来。
因为，我非常了解你的自尊心，当时你想当上教授的愿望比其他一切都强烈。所以，虽然我十分清楚胡恩哈伊姆大学的情况，也知道你的前任韦伯教授之所以转任的原因，但我不能去阻止你。我想你是一个才华超众的年轻人，应该自己出去闯一闯。更何况，在那里生活和工作的经历对你也是很重要的。
作为大学里的教授，主持物理学研究工作，你一定会遇到预算开支及其他各种问题，这可是你在苏黎世、在维尔茨堡、在斯特拉斯堡从来没有碰到过的，因为，曾经你是除了研究以外，其他的事情什么也不知道、不过问的。现在你应该明白了，作为大学教授。想把一个研究所领导下去，仅靠“研究”是不够的，你必须还要有一定的领导能力。如果你已经真切地体会到了这一点，不也是一大收获吗？
一个人不经过艰难困苦就做不成伟大的事业，我一直认为你会成为一个有杰出成就的人，所以才对你如此直言不讳。只有庸人，才陶醉于世人对他无休止的夸奖和赞扬而不自醒。
伦琴，在胡恩哈伊姆，你已学到了你能学到的所有东西，现在，请回到斯特拉斯堡来吧！你应该开始新的一轮征程了！
面对这样热情洋溢，情真意挚的来信，伦琴毫不犹豫，立刻返回了斯特拉斯堡。
返回斯特拉斯堡
回到斯特拉斯堡大学的伦琴，在课堂上反复向学生强调：
“立志于物理学的人，不懂下列的事情是不行的。第一是数学，第二是数学，第三呢，还是数学。”
学生们感到，伦琴老师和以前相比仿佛判若两人。也有些学生在背后说坏话：“大概伦琴副教授在胡恩哈伊姆的乡下，做不了实验，改学了数学了吧。这样的课，只要有书有本，有铅笔就足够了。”
而事实上，对数学的重视，正是实验物理学家伦琴在探索物理现象的道路上摸索、总结出来的。他由工学转向物理学，是跟随孔脱教授从实验做起的。从他在苏黎世时的盲目探索阶段，发展到在维尔茨堡可以说已经站在了攀登物理学王国入口的台阶上，但却就此隐入了“黑洞”之中，一直没能有大的提高，这不是因为他没有研究能力或者是江郎才尽，而是由于他在基础理论方面的造诣欠佳，缺乏系统的理论指导，对物理学没有整体的把握以至于陷入困境。幸而去胡恩哈伊姆这段时间，使他有机会对数学、物理等方面的知识做了深入的了解，极大地丰富了他作为实验物理学家的理论知识，拓宽了他的思路，也仿佛是为他拨开了重重迷雾，物理学研究的道路在他面前重又开阔起来。
离开胡恩哈伊姆的那片“沙漠”之地，来到斯特拉斯堡，伦琴才发现斯特拉斯堡大学竟然充满着那珍贵的自由的气氛和朝气蓬勃的精神。这里才是成就伟业的所在！
孔脱教授和伦琴副教授开始了新的研究。
当时，物理学界对“光”和“电”的研究十分热衷，英国的法拉第和麦克斯韦两位学者就是因其对“光”、“电”研究的卓越贡献而名噪一时的。
孔脱和伦琴对此也有着共同的兴趣。他们把注意力集中在“光”和“磁”的关系上，用自制的测定装置进行研究。研究期间，伦琴害了眼病，只好用一只眼睛来观察。很快，他们共同研究所取得的结果在学术界发表了，得到了孔脱教授原来的老师物理界的大权威柏林大学的亥姆赫兹博士的高度赞扬。
伦琴继续研究下去，这一次他选定的方向是“光”和“电”的关系。他首先实验玻璃板在电磁场里能否产生双折射现象（比如把一块方解石放在字的上面，透过方解石看过去，一个字能被看成是两个，这样的现象叫做双折射），但一直没取得明确的结果。
就在这时，英国的一位物理学家约翰·卡尔却把因磁力作用而造成的玻璃双折射现象的实验做成功了，并且抢先发表了论文，同时他还对液体做了类似的研究。这使伦琴为自己的落后一步深感遗憾：他前一阶段所做的大量实验只能算作是模仿别人的了。经过比较，伦琴也不得不承认卡尔设计的实验方式确实比自己的精巧。为此他发表了一篇《关于卡尔在所发现的“光”
和“电”的新关系》的论文，表示对卡尔的敬意。
与此同时，伦琴还把自己业余时间的一个“设想”，整理为一篇文章《电话通报器》，发表在英国的科学杂志《自然》上。
事业的发展
柏林大学的教授亥姆赫兹受吉森大学的委托，要他为他们推荐一位物理学的继任者，因为原来的教授逝世了。亥姆赫兹推荐了伦琴。
1879年4月1日，伦琴当上了吉森大学的物理学教授。
吉森大学在化学领域的研究成果丰硕，但物理学方面却一直没有一个像样的研究室。伦琴因在胡恩哈伊姆有过教训，所以在同意去吉森之前，就把必须建立新的研究室作为条件提了出来。来到吉森以后，他亲自设计了图纸并指挥安装，令新同事们对他刮目相看，也赢得了大家的尊敬。
伦琴当上了自己亲手建设起来的物理研究所的所长，随后招收了几名助手和学生，投入了研究。他选定的课题是“在水蒸气中的热吸收”。为这个实验，他亲自制作了灵敏度很高的温度计，并亲自指导学生进行实验。实验结果表明：水蒸气更容易吸收热量，这个实验至今仍然被认为是正确的。
在吉森大学期间，伦琴也成了德国物理学界的权威人士之一。在吉森大学他是自己创立的物理王国的国王。
伦琴把研究的目标盯在了“电流”上。
这一天，伦琴正在实验室专心致志地进行实验。
“选塔在吗？”选塔是伦琴的助手。
“有事吗？老师。”
伦琴叫选塔帮他查看磁力计指针的摆动情况，发现已经有衰退的迹象。
“怎么样？指针动了吗？”
“没有，一点也没动。”
“你再仔细看一看。”
助手默默地摇了摇头，伦琴也有些失望，该不会像上次的实验一样，又徒劳无功吧？但他并没有气馁，重新改装了装置，接好了电线。
“选塔，你再过来帮我看看。”
选塔神情紧张地盯着仪器。
“哎，哎，好像动了！”
“你看清楚点儿！”伦琴强压住激动的心情。
“真的动了，动了将近十分之一格儿！”
伦琴严厉的面孔上终于露出了一丝喜悦的笑容。
通过这个实验，伦琴首次证明了英国天才物理学家法拉第的设想：由于磁力线的作用，可以产生电流。为此，荷兰的物理学家洛林兹提出应把伦琴的发明命名为“伦琴电流”。洛林兹是继伦琴之后第二个获得诺贝尔物理奖的人。后来的物理学家评价说：伦琴的这一发明是个很伟大的东西，仅凭此一项就足以让他流芳百世。
伦琴在物理学界的名望越来越高，就连40年前不肯发给伦琴高中毕业证书的荷兰的乌得勒支也向他发出邀请，请他担任乌得勒支大学的物理学教授。伦琴委婉地拒绝了。
1888年，维尔茨堡大学的物理学教授库鲁劳修接替孔脱教授转任斯特拉斯堡，这位物理测定法的权威人士举荐伦琴为他的后继人。
威廉海姆·伦琴现任吉森大学教授，并且作为最优秀的物理学家之一，享誉全国。以他的名望和地位最合适这个职位不过了，可是，考虑到维尔茨堡大学17年前曾拒绝让他担任讲师，学校教授会有些担心他能否捐弃前嫌同意这个聘请。经过讨论，教授会还是一致同意向伦琴发出了邀请。
出乎意料的是，伦琴接受了聘书，在这年的十月，携夫人与助手选塔回到了阔别已久的维尔茨堡大学。
发现X射线
“毫克必较”的教授
威廉海姆·伦琴回到了维尔茨堡。这里的物理世界曾经属于孔脱、库鲁劳修，现在属于他啦。
伦琴下车伊始，便召集学生们训话，他严肃地说：“研究物理学需要具备两个武器，这就是设备和计算，其中尤以设备为重。所以，你们务必加倍爱护所使用的仪器，假若你们想要和我相处融洽，那就更要记住这个问题。”
新来的伦琴教授的严肃态度，使学生们谨慎起来。
在维尔茨堡正式开始物理实验之前，伦琴拿出他们从吉森大学带来的天平砝码。在吉森的最后一段时间里，选塔在伦琴的指导下，曾经对一百克的砝码进行认真鉴定，并经与柏林的度量衡标准检查局的砝码相比较，准确测量后专程带到维尔茨堡的。
虽然维尔茨堡大学也有已经鉴定过的砝码，但伦琴坚持要把两个学校的砝码进行一下比较。
检测结果是：两个砝码存在着极其微小的误差。但伦琴却发了很大的脾气。
“怎么回事？选塔，我对你一直都很信任，这次却要让我改变看法了。
误差是十万分之一，一百克的十万分之一就是一毫克，一毫克的误差可不算小啊！”
选塔知道教授对待物理学的态度，他是决不允许有哪怕一星半点疏忽的，为了这点儿疏忽他甚至会毫不留情地免去选塔的职位。选塔吓得脸色发青：“我确实是精心测量的。”
伦琴让选塔把两个砝码寄往柏林，请他们重新检测。
误差的原因查明了：维尔茨堡大学的砝码上粘着肉眼几乎看不见的黑锈，再加上吉森和维尔茨堡的空气中氮和氧的比例略有不同而造成比重的微小差异，从而引起了质量的差异。
这样，伦琴才放心地开始使用这个天平，并恢复了对选塔的信任。
而正是伦琴这种“极端”认真的态度，才使他没有放过一个偶然的发现，并以他40年来所特有的执著为人类做出了巨大的贡献。
大发现的前兆
自然界充满了许多不可思议的、奇妙的、尚未为人所知的神秘的东西。
要发现它，必须有充足的准备、明察秋毫的观察力，以及对一切未知事物的好奇心。
19世纪70年代初，伦琴还在苏黎世工业大学时，在孔脱教授的指导下，刚刚开始向物理学的进军，自然界已经准备向人类透露一个新秘密了。
波恩大学的数学教授儒略·普留卡设想并制造了一个奇怪的玻璃管。玻璃管的两端封以金属片，并用针管把中间的空气抽出来，使管内接近于真空状态，这时在两个金属片间通电，就会在玻璃管内产生真空中的放电现象，一道奇怪的光线从阴极金属片流向阳极金属片。
后来普留卡的徒弟，明斯特大学的约翰·威廉海姆·合吐路夫教授对普留卡的玻璃管进行了一些改进，使它成了一种人们称为“合吐路夫管”的管子。
英国的科学家威廉·克鲁克斯于1861年发现了新的元素铊之后，注意到了合吐路夫管，并开始研究它，他在合吐路夫管里放进一个小的能转动的圈儿，通电以后，会看到那个圈儿在管内滴溜溜地转着。这使克鲁克斯意识到，这定有什么东西从阴极向阳极流动着，它还发出了不可知的光，这种光也可能是某种粒子。克鲁克斯的脑海里产生了拍下这个光线的念头。
于是，他把实验室全部遮盖起来，弄得屋子里黑糊糊地什么也看不见，然后结合吐路夫管通电，接着便看见了一道奇特的蓝白色的光线。
克鲁克斯仔细确定了曝光时间，然后按下了快门。按理说里面闪烁着蓝白色光的合吐路夫管应该被照下来了，可是一显影，令人吃惊的是竟然什么也没照上，只是一片模糊不清。克鲁克斯以为是感光玻璃板失效了，就又拍了一张，却仍然是一片阴影，根本看不到合吐路夫管细长的形状。
“房间里是不是有什么地方漏光了，总是让感光板提前曝光，什么也照不下来？”
又试着拍了几次，都不行，克鲁克斯感到很失望就放弃了这个试验。
这个让感光板莫名其妙曝光的光线，就是后来被伦琴发现并确定其存在的X射线。克鲁克斯首先“遇”到了它，但遗憾的是他却没有意识到它的存在，更没有主动地去寻找它，因而与世界上的一个重大发现失之交臂。
此后，还有另外一个人也错失了良机。他就是美国宾夕法尼亚州的古德斯皮都教授。
古德斯皮都教授也曾研究过合吐路夫管，于是一位朋友请他给照一张合吐路夫管的照片，他很热心地照了一张，并把底片交给了那个朋友。显影之后，发现感光模糊。教授就又给照了一次，仍然不清楚。古德斯皮都嘟哝着：
“哪儿跑光了？”这件事就这么过去了。
未知的光线已经出现了，却被这两个人轻易地“想当然”地放走了。所以，只有真正细心的人、工作踏实认真的人，才能没有遗憾。
发现X射线的重任，只有留待伦琴来完成了。
X射线的发现
1894年1月2日，威廉海姆·康拉德·伦琴荣升为维尔茨堡大学总长（即旧时综合大学的校长）。