19世纪末物理学领域有三大发现是具有里程碑意义的，分别是X射线的发现、放射性的发现、电子的发现。其中X射线的发现是一个偶然的巧合，说起来有这么一个小故事。
射线的发现起源于对阴极射线的研究。所谓阴极射线就是真空管内的金属电极在通电时其阴极发出的射线，射线受到磁场影响，具有能量。19世纪末，关于阴极射线本质的问题吸引了许多科学家投入研究。德国维尔茨堡大学的物理学教授伦琴就是众多的研究者之一。
一天，伦琴正用阴极射线管做实验，无意间在实验仪器旁放了一包密封的照相底片。事后，他发现底片感光了。“这是怎么回事？普通的底片为什么会在射线管旁边感光呢？”这个现象引起了伦琴的思考，他是一个观察敏锐、心细而善于思考问题的人，对这样一个奇怪的现象，当然不会轻易地放弃，而是采取了极为严肃的态度。
当伦琴再一次把用很厚的纸严密包裹好的底片对准阴极射线管进行实验时，他惊异地发现，胶片又感光了。经过多次重复实验，结果都一样。最后他断定；阴极射线管会发出一种具有穿透力的射线，这种射线肉眼看不见，但是能用实验装置测试到。
伦琴在极困难的条件下，对他发现的新射线又做了系统的研究。他发现，这种新射线穿透力很强，能穿过人的衣服、皮肤、肌肉，但不能穿过骨骼。伦琴在做实验时，无意中用手去遮挡射线，他在屏幕上看到了自己的手，手的肌肉和皮肤部分轮廓模糊，但骨骼的线条却非常清晰，他试着弯弯手指，握握拳头，屏幕上的手也跟着做出同样的动作，看到这一幕时，伦琴高兴极了。
伦琴做了一个更有意义的实验。这天，他的夫人来到实验室，伦琴让她把手放在黑纸包严的照相底片上，然后用这种射线对准照射了15分钟。显影后，底片上呈现出伦琴夫人的手骨像，手指上的结婚戒指也清晰可见。这成了一张有历史意义的照片。夫人惊奇地问：“什么射线有这么大的魔力？”伦琴回答：“无名射线。”夫人顺口说：“又是一个X！”此刻伦琴心头一亮，接着他说道：
“那就叫它X射线吧！”年12月28日，伦琴决定公布他的发现，在学校的一间教室中，符茨堡大学城的医生、学者、工程师、企业主、记者、摄影师和艺术家应邀而来，过道上、窗台上都挤满了大学生。预定的时间一到，伦琴就开始演讲。他向与会者介绍，他如何成功地发现了神秘的射线，并表示愿意当众演试这一过程。
“……现在我请凯利凯尔教授到工作台前来！”著名的解剖学家站起身来，好不容易才挤到了前面。
“请把您的右手放到感光板上。”伦琴镇定自若地说道。
医生的手遮住了暗匣，暗匣里有一块感光板。瓦格涅尔工程师将四周的光遮住，于是伦琴开始重复这个试验。
当瓦格涅尔将显影后的感光板拿来之后，伦琴立刻毫不迟疑地将它拿给大家看。经过几分钟的沉寂，与会的人们才从惊奇之中清醒过来，兴奋地又是赞叹、又是鼓掌。
这时，凯利凯尔教授转过身来，面对欢呼的人群。
“先生们！在这张照片上，你们看到了我这只手的骨骼图像。本人有生以来，像这种奇迹还从未见过。请允许我向你们建议：今后就将X射线定名为伦琴射线，以此来表示对科学家威廉·康拉德·伦琴教授伟大劳动的由衷谢意！”伦琴想说些表示反对这样做的话，然而他的话被吞没在欢呼的声浪之中了。
没有一个人愿离席而去。伦琴不得不回答与会者所提出的各种问题。
“我知道，先生们！”他笑着回答道，“我知道，我会因此而发财致富，但是，我并不准备拍卖这一发现。”“这我可就不懂了，”一位企业家困惑不解地直摇头，“为什么您不想以此来赚钱呢？我出50万！”“哪怕是1000万！”伦琴淡然一笑答道：“我的发现属于所有的人。但愿我的这一发现能被全世界科学家所利用。这样，它就会更好地服务于全人类……”在美国报道伦琴发现X射线的新闻4天后，就有人用X射线发现了患者足部的子弹。于是，X射线很快就被用于医学，从而创立了X射线学。X射线的发现为后来物理学的发展提供了一个有力的工具。不过，以那时的知识来说，伦琴关于X射线的工作是完全够格的了，但他没有理解X射线的性质。
伦琴的著名论文的最后，他写道：
“这些新射线不会是以太的纵振动吧？我必须承认在我的研究过程中我越来越相信了，因此对我来说应该宣布我的猜测，虽然我很清楚这种解释需要进一步的确证。”这个“进一步的确证”始终没有得到，而且，花了整整16年，依靠了马克斯·冯·劳厄和弗里德里希以及克尼平的工作才解决了关于X射线性质的争论。
射线的发现给伦琴带来了巨大的荣誉。1901年，诺贝尔奖第一次颁发，伦琴就由于这一发现而获得了这一年的物理学奖。但是，伦琴一生献身科学，对物质利益十分淡泊，他不仅将自己的发现无私地奉献给了社会，也将自己所获诺贝尔奖金全部献给维尔茨堡大学以促进科学的发展。
他的一个终生好友鲍维利写道：“他的突出性格是绝对的正直。我们大概可以这样说，无论从哪种意义上讲，他都是19世纪理想的化身：坚强、诚实而有魄力；献身科学，从不怀疑科学的价值；尽管他有自我批评精神并富有幽默感，但他也许被赋予了某种不自觉的同情心；他对人民，对记忆中的事物以及对理想具有一种少有的忠诚和牺牲精神，……但在接受新思想上，他却胸襟宽大，……”