X 射線管包含有陽極和陰極兩個(gè)電極，分別用于用于接受電子轟擊的靶材和發(fā)射電子的燈絲。兩級(jí)均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內(nèi)。X 射線管供電部分至少包含有一個(gè)使燈絲加熱的低壓電源和一個(gè)給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器。當(dāng)鎢絲通過足夠的電流使其產(chǎn)生電子云，且有足夠的電壓（千伏等級(jí)）加在陽極和陰極間，使得電子云被拉往陽極。此時(shí)電子以高能高速的狀態(tài)撞擊鎢靶，高速電子到達(dá)靶面，運(yùn)動(dòng)突然受到阻止，其動(dòng)能的一小部分便轉(zhuǎn)化為輻射能，以 X 射線的形式放出，以這種形式產(chǎn)生的輻射稱為軔致輻射。改變燈絲電流的大小可以改變燈絲的溫度和電子的發(fā)射量，從而改變管電流和 X 射線強(qiáng)度的大小。改變 X 光管激發(fā)電位或選用不同的靶材可以改變?nèi)肷?X 射線的能量或在不同能量處的強(qiáng)度。由于受高能電子轟擊，X 射線管工作時(shí)溫度很高，需要對(duì)陽極靶材進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。雖然 X 射線管產(chǎn)生 X 射線的能量效率十分低下，但是在目前，X 射線管依然是較實(shí)用的 X 射線發(fā)生器件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 X 射線類儀器。目前醫(yī)療用途主要分為診斷用 X 射線管和治療用 X 射線管。

對(duì)X射線管的要求是焦點(diǎn)小，強(qiáng)度大,以形成較大的功率密度。因此，在陽極上須供給比較大的功率,但X射線管的效率很低，99%以上的電子束功率成為陽極熱耗，而使焦斑過熱。避免陽極過熱的方法是對(duì)陽極或管子采取不同方式的冷卻，以降低焦斑處的溫度，或使靶面傾斜一定角度，以提供較大的散熱面積。后又出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)陽極X射線管，因靶面高速旋轉(zhuǎn)（達(dá)10000轉(zhuǎn)/分），允許功率密度高、焦點(diǎn)小。現(xiàn)代出現(xiàn)一種在陽極靶面與陰極之間裝有控制柵極的X射線管,在控制柵上施加脈沖調(diào)制，以控制X射線的輸出。改變脈沖寬度及重復(fù)頻率,即可調(diào)整定時(shí)重復(fù)曝光。