太阳X射线研究
太阳是重要的X射线源，早期X射线观测工作大多集中于对太阳的研究。专为探测X射线的X射线望远镜，分辨精度已经达到角秒量级，这为深入研究太阳现象创造了条件。太阳X射线耀斑和亮斑的发现增进了对太阳活动区的认识和研究。特别是X射线冕洞的发现，被标榜为太阳物理学的重大成果。这种X射线冕洞其实是高速太阳风的风源，在日地关系研究中长期弄不明白的M区就是X射线冕洞。冕洞物理提供了许多有价值的课题，如高速太阳风的形成、冕洞的形成等，其中冕洞刚性转动倾向原因还没有找到令人满意的解释。
通过太阳X射线探测弄清了其组成。其一，构成X辐射线宁静成分的，是日冕高温等离子体的连续辐射和其他谱线辐射。其二，在日面上呈X射线亮斑的缓变成分，是百万摄氏度以上的日冕凝聚区中超热等离子体所产生的辐射。其三，在日面上呈X射线耀斑的突变成分，是太阳活动区产生的X射线爆发。
太阳X射线测量的重要内容，是探测X射线爆发的能谱和偏振，尤其侧重于研究耀斑脉冲阶段高能粒子的起源、传输、能量转化和发射等高能天体物理过程与性质。已初步确立的X射线辐射源模型对耀斑物理的研究有重要价值。另外，人们弄清了太阳X射线在形成地球电离层过程中的重要作用。
20世纪70年代非太阳X射线研究的重大突破
40年前，人们只知道太阳发射X射线。1962年6月12日子夜，美国麻省理工学院与美国科学工程协会的科学家把一枚装有三个X射线计数器的火箭，发射到大约230千米的高空，准备探测月亮荧光X射线辐射，结果意外地发现了一个非太阳X射线源。如果这个源来自一颗离我们不远的恒星，那么这颗恒星的X射线实际功率要超过太阳的1 000万倍。后来证明它的位置在天蝎座内，于是将其命名为天蝎X-1，这是人类探测到的第一个宇宙X射线源。紧接着天蝎X-1之后，由弗里得曼领导的美国海军实验小组在蟹状星云里也发现了一个X射线源——金牛X-1。这些发现揭开了天文学发展史上崭新的一页，诞生了宇宙X射线天文学。
70年代是X射线天文学蓬勃发展的十年，开展了许多实验观测和理论研究工作。1970年12月12日，美国宇航局在肯尼亚的圣马尔科发射了第一颗专门用于观测X射线的卫星，“乌呼鲁”其后，美国、西欧和日本等一些国家相继发射了一些X射线观测卫星，譬如，小型天文卫星SAS-3、“羚羊”5号、天文荷兰卫星ANS、轨道太阳观测站OSO-8等。这些卫星发现了宇宙X射线爆发和一批暂现X射线源，从而在宇宙中揭示了一批前所未知的现象和新型X射线源，被公认为70年代天文学的重大发现。这些X射线爆发过程所释放的能量之大，能量释放速度之快，贮能密度之高以及奇特的再现周期一直令天文学家困惑，时至今日仍是现代高能天体物理学的重大研究课题。
已发现的X射线源有多种不同类型，而目前只有少量得到确切的光学证认。在星系和星系团中的强射电星系(如处女座A等)和活动的塞佛特星系等都是著名的X射线源。在银河系内，超新星遗迹(如蟹状星云、仙后座A等)也是重要的X射线源。有些X射线源，如半人马座X-3、武仙座X-1等，光学证认为双星，成员星之一是X射线星。按照现代X射线双星理论，可设想这种X射线星是中子星或黑洞。
大量射电脉冲星的发现，为探索并发现X射线脉冲星奠定了基础。1969年，天文学家发现了蟹状星云脉冲星PSR0532的X射线脉冲辐射，它与对应的光学脉冲周期几乎一样。其他类型X射线脉冲星的发现，为双星演化研究提供了资料。
在弥漫X射线背景测量中，几乎各向同性的宇宙X射线背景辐射的发现，是20世纪60年代X射线天文学的重大成就之一。
X射线天文学新进展
进入20世纪80年代后，X射线天文学从美国转到了日本和西欧。里根就任总统后，宇航局的预算大幅度紧缩，空间科学项目被砍得所剩无几，再加上研制“哈勃”太空望远镜，和“γ射线天文台”耗资巨大，已无能力单独发射X射线卫星了。而近年日本的高能天文学崭露头角，显示出相当的实力，相继发射了三颗X射线卫星：“天鹅”、“飞马”和“银河”。特别是当超新星1987A爆发时，仅有“银河”在工作，是天上惟一的X射线卫星，为宇宙高能天象探测的持续发展做出了贡献。欧洲空间局研制的“X射线空间天文望远镜”自1987年上天以来，对X射线天文学的发展产生了重要的影响，它发现银道面上的X射线银脊，其成分是超新星遗迹、X射线双星和高温气体的漫辐射。还发现若干小质量X射线双星有准周期振荡现象，以及一批X射线爆发源和X射线再发源。前苏联的“量子1号”也对选定的目标进行了富有成果的探测，发现了多种类型的偶现X射线源。
X射线天文学的另一个重要研究课题是，上面提到的弥漫的X射线辐射背景的精确测量，几乎是各向同性的宇宙X射线背景和微波背景差不多是同一时期发现的，微波背景已作了精确的探测，得到了近乎圆满的解释，而X射线背景辐射的研究相对来说落后了许多。1991年9月，美国将拉斯阿拉木斯国家实验室研制的“低能X射线图像传感器阵”（ALEXIS）送入轨道，这颗卫星肩负的主要任务是探测宇宙的X射线背景，并对诸如白矮星、中子星等天体的X射线辐射作巡天观测。